Diese wissenschaftliche Arbeit soll Faktoren herausarbeiten, welche bei der Entscheidung einer Investition zu berücksichtigen sind. Dabei beleuchtet die SiP-Arbeit Chancen und Risiken der Implementierung eines additiven Fertigungsverfahrens in mittelständigen Industrieunternehmen. Es wird die Eignung des 3D-Druckverfahrens zur Herstellung von Ersatzteilen, Einzelteilen, Kleinserien und Prototypen untersucht und mit konventionellen, etablierten, spanhebenden Fertigungsverfahren verglichen. Für eine bessere Vergleichbarkeit der konventionellen subtraktiven Fertigung mit der additiven Fertigung (AM, engl.: Additive Manufacturing) wird als 3D-Druckverfahren das Selektive Laserschmelzen (SLM, engl.: Selektive Laser Melting) herangezogen. Die Auswahl dieses additiven Fertigungsverfahrens wurde im Vorfeld dieser Arbeit getroffen, da es einerseits vergleichbare Werkstoffeigenschaften der Endprodukte garantiert sowie die höchste Marktdurchdringung im additiven Metallbereich besitzt.
Die zunehmende Veränderung und Dynamik der Absatzmärkte zwingen viele Unternehmen zu einem Umdenken in ihrer Produktion, um wirtschaftlich und wettbewerbsfähig zu bleiben. Innovationen werden immer schneller verlangt und müssen auf individuelle Sonderlösungen der Kunden reagieren und angepasst werden. Die dadurch entstehenden kürzeren Produktlebenszyklen wirken sich negativ auf die Amortisationszeit der Produktionsmittel aus (vgl. Feldmann & Pumpe 2016).
Der Fertigungsmarkt ist von verschiedenen technologischen, sozialen und wirtschaftlichen Entwicklungstrends betroffen. Die Ergebnisse dieser Entwicklungen schlagen sich in einer erhöhten persönlichen Kundennachfrage, erhöhtem Kostendruck und erhöhter Marktdynamik nieder (vgl. Schuh & Schmidt 2014). Dieser Entwicklung antworten Unternehmen mit kürzeren Innovations- und Produktionslebenszyklen, sowie auf den Endkunden zugeschnittene Sonderlösungen, um den sich ändernden Bedürfnissen gerecht zu werden. Die „individuelle Serienproduktion“ beschreibt dabei die Strategie, Produkte individuell auf den Kunden zuzuschneiden und dabei trotzdem industriell wirtschaftlich zu produzieren. Dies wird mit Hilfe von Modulen und Änderungsmöglichkeiten realisiert, welche miteinander kombiniert werden können (vgl. Russwurm 2013).
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Fragestellung
1.3 Aufbau und Methodik
2 Grundlagen
2.1 Der Maschinenbau
2.2 Subtraktive Fertigungsverfahren
2.3 Additive Fertigungsverfahren
2.4 Selektives Laserschmelzen
3 Aktueller Stand
3.1 Vergleich beider Verfahren
3.1.1 Wirtschaftlichkeit und Kosten
3.1.2 Materialeigenschaften und Fertigungsqualität
3.1.3 Herstellzeit, Lieferzeit und Flexibilität
3.1.4 Produktentwicklung
4 Ergebnisdarstellung & -interpretation
4.1 Einzelteile, Ersatzteile und Prototypen
4.2 Serienproduktion
5 Fazit & Ausblick
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Diese Arbeit untersucht die wirtschaftliche Eignung und die technologischen Potenziale des selektiven Laserschmelzens (SLM) im Vergleich zu konventionellen, subtraktiven Fertigungsverfahren im deutschen Maschinenbau. Ziel ist es, Entscheidungsgrundlagen für Unternehmen zu schaffen, um Chancen und Risiken einer Investition in additive Fertigungstechnologien abzuwägen.
- Vergleich zwischen additiven und konventionellen Fertigungsverfahren
- Wirtschaftliche Analyse von Investitions- und Betriebskosten
- Einfluss von Bauteilkomplexität auf Fertigungsmöglichkeiten
- Strategische Bedeutung von Ersatzteilproduktion und Serienfertigung
Auszug aus dem Buch
2.4 Selektives Laserschmelzen
Das Verfahren verwendet Werkstoffe in Pulverform mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,005mm bis 0,1mm. Mit Hilfe eines Laserstrahls wird das Pulver selektiv an gezielten Punkten aufgeschmolzen und erstarrt anschließend, wodurch sich die vorher getrennten Partikel zu einer festen Struktur verbinden. Nach der Fertigstellung einer kompletten Schicht, wird der Arbeitsraum um einen definierten Abstand nach unten abgesenkt. Durch das Absenken und die Einstellungen des Lasers können unterschiedlich starke Schichten mit einer Dicke zwischen 0,01mm bis 0,9mm hergestellt werden. Ähnlich wie beim Schweißen, findet der Prozess in einer Atmosphäre aus Schutzgas statt, welche das Bauteil von Sauerstoffoxidation schützt. Danach wird mit Hilfe einer Vorrichtung eine Pulverschicht gleichmäßig aufgetragen. Beim Erzeugen der nächsten Schicht durch den Laser, verbindet sich diese mit der zuvor abgesenkten Schicht (vgl. Gebhardt 2013: S. 164 ff.). Dieses Prinzip ist in Abbildung 5 schematisch dargestellt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Einführung in die Problematik der Implementierung additiver Fertigung im Maschinenbau sowie Definition der Forschungsfrage.
2 Grundlagen: Erläuterung der technologischen Basis, insbesondere der Unterschiede zwischen konventionell subtraktiver und additiver Fertigung.
3 Aktueller Stand: Analyse und Vergleich von Wirtschaftlichkeit, Qualität und Flexibilität beider Fertigungsansätze in der industriellen Praxis.
4 Ergebnisdarstellung & -interpretation: Bewertung des Einsatzes der Technologie bei Ersatzteilen und Prototypen sowie deren Anwendung in der Serienproduktion.
5 Fazit & Ausblick: Zusammenfassende Einschätzung zur Etablierung des selektiven Laserschmelzens als komplementäre Fertigungstechnologie.
Schlüsselwörter
Selektives Laserschmelzen, Additive Fertigung, Maschinenbau, Fertigungsverfahren, Kostenanalyse, Bauteilkomplexität, Serienproduktion, Ersatzteilmanagement, Prototyping, 3D-Druck, Wirtschaftlichkeit, Fertigungsqualität, Prozesskosten, Industrie 4.0, Strukturoptimierung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit grundlegend?
Die Arbeit analysiert die technische und wirtschaftliche Sinnhaftigkeit der Implementierung des selektiven Laserschmelzens (SLM) innerhalb des deutschen Maschinenbausektors im Vergleich zu klassischen Fertigungswegen.
Welche Themenfelder stehen im Zentrum der Betrachtung?
Zentrale Themen sind der Vergleich von Produktionskosten, Materialeigenschaften, Fertigungszeiten sowie die strategische Flexibilität, die durch additive Verfahren gewonnen werden kann.
Welches primäre Ziel verfolgt der Autor?
Ziel ist es, mittelständischen Unternehmen Orientierungshilfen bei der "Make-or-Buy"-Entscheidung hinsichtlich der Investition in additive Metall-Fertigungsverfahren zu geben.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es handelt sich um eine Literaturarbeit, die existierende wissenschaftliche Daten, Fachzeitschriften und Online-Publikationen sammelt, kritisch bewertet und vergleicht.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die technologischen Grundlagen, den aktuellen industriellen Stand sowie die spezifische Betrachtung von Wirtschaftlichkeitskriterien und Anwendungsfeldern.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am stärksten?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie selektives Laserschmelzen, Wirtschaftlichkeit, Bauteilkomplexität und industrielle Serienproduktion definiert.
Warum ist das Verfahren für kleine Stückzahlen besonders geeignet?
Das Verfahren ist losgrößenunabhängig und benötigt keine werkzeuggebundenen Rüstkosten, was es für Prototypen und seltene Ersatzteile wirtschaftlich attraktiv macht.
Inwiefern beeinflusst die Bauteilkomplexität die Wahl des Verfahrens?
Während konventionelle Fertigung bei hoher Komplexität exponentiell teurer wird, bleiben die Kosten beim selektiven Laserschmelzen von der geometrischen Komplexität weitgehend unbeeinflusst.
Was stellt laut der Arbeit das größte Hindernis für die Serienfertigung dar?
Die sehr hohen Prozess- und Betriebskosten, kombiniert mit dem Bedarf an hochspezialisierter Expertise, gelten derzeit als größte Barrieren für eine breite industrielle Anwendung.
- Arbeit zitieren
- Stefan Groß (Autor:in), 2020, Technische und wirtschaftliche Bewertung der Implementierung des additiven Fertigungsverfahren "Selektives Laserschmelzen" im Vergleich zur konventionellen Fertigung im deutschen Maschinenbau, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/535421
