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Ist der 3D-Druck der Katalysator für eine weltweite industrielle Revolution? 

Wir befinden uns noch in den Anfängen des 3D-Drucks in Bezug auf die Auswirkungen, die er sowohl technologisch als auch konzeptionell liefern kann.

Wenn die globale Ingenieur- und Fertigungsgemeinschaft weiterhin das volle Potenzial des industriellen 3D-Drucks ausschöpfen will, muss sie gemeinsam die Grundlagen des Design-Engineerings und der digitalen Fabriken der Zukunft neu überdenken.

Seit der Erfindung des 3D Drucks im Jahr 1983 durch Charles Hull ist die globale 3D-Druck-Community exponentiell gewachsen. Die Industrie hat sich in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizin etabliert, da mehrere führende Unternehmen den 3D-Druck nutzen, um komplexe Anforderungen zu erfüllen.

Unternehmen, die den 3D-Druck nutzen, suchen nach leichtgewichtigen Materialien, um neue Kanäle für die thermische Wärmeleitung zu schaffen, die neue mechanische Eigenschaften des Materials erforschen.

Unternehmen entdecken die Komplexität des 3D-Druck Designs

In vielerlei Hinsicht hat die Geschichte des 3D-Drucks als Rapid-Prototyping-Technologie zu einer großen Voreingenommenheit bei Maschinen, Werkzeugen und Methoden geführt, die sich auf den Versuch konzentrieren, den Prozess vom Design zur Teileproduktion zu vereinfachen.

Derzeit werden mehr als 60% der 3D gedruckten Teile für schnelle Prototypen gedruckt. Die Fokussierung auf Rapid Prototyping hat die Werkzeuge eingeschränkt, die Ingenieure benötigen, um ein tieferes Verständnis für diese Technologien zu entwickeln.

Große Softwareunternehmen wie Autodesk, Cura, MatterControl und AstroPrint sind dabei, tiefgreifende 3D-Design- und Ingenieurwerkzeuge zu entwickeln, um das volle Potenzial des 3D-Drucks zu erschließen.

Softwaredesign- und Simulationswerkzeuge wie Netfabb und Materialise werden es Ingenieuren ermöglichen, ein klareres Verständnis für die Technologie zu erlangen und ihre Fähigkeiten für die Serienproduktion von Teilen zu maximieren.

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Bis heute haben wir gesehen, dass die Tiefe der Kontrolle, die mit dem 3D- Druck möglich ist, wenn es um die Produktion von Metallteilen geht. Die Vorteile sind viel größer als bei den meisten traditionellen Fertigungsverfahren. Die Komplexität, die die additive Fertigung für die Produktion von Metallteilen bietet, bezieht sich nicht nur auf die Form des Teils, sondern auch auf das Material, aus dem es hergestellt wird.

Das Lasersintern zum Beispiel ist eine additive Technologie, die sich als praktikable Lösung für die Serienproduktion von Metallteilen etabliert hat. Dabei wird ein sehr feiner Laser- oder Elektronenstrahl verwendet, um über ein Pulverbett zu fahren, das in Schichten aufgetragen wird und dabei bestimmte Bereiche aufschmilzt, um so das Teil zu formen.

Bei der Herstellung eines typischen Teils kann der Laser Millionen von Belichtungen erzeugen – jede einzelne davon könnte individuell adressierbar sein, was eine weitaus größere Designkomplexität und Kontrolle ermöglicht.

Komplexes 3D-Druck Design steuern

Additive Fertigung erfordert einen völlig anderen Ansatz als die derzeitige Methodik, die fast jedes Unternehmen für das Design und die Herstellung von Teilen implementiert hat.

Diese traditionellen Organisationen, die die wirtschaftliche Entscheidung treffen, in den 3D-Druck zu investieren und ihn in ihr Ökosystem zu übernehmen, übersehen oft den Materialprozess, und er wird zu einem zweiten Gedanken während des Designprozesses.

Um die Freiheit, die der 3D-Druck bei der Verwendung neuer Materialien bietet, zu maximieren und zu verstehen, müssen Industriedesigner, Maschinenbauingenieure und Materialwissenschaftler von Anfang an harmonisch zusammenarbeiten, um neue Materialeigenschaften zu verstehen.

Es kann für Unternehmen extrem aufwändig sein, ihre Arbeitsabläufe und Prozesse in Bezug auf Konstruktion und Fertigung zu überdenken und neu zu gestalten.

Mehr und mehr Unternehmen sind bereit, diese neuen Arbeitsabläufe anzunehmen. Sie benötigen aber fortschrittliche Technologien, um den Prozess zu leiten, zu automatisieren und um eine erfolgreiche Einführung zu gewährleisten. Das unerbittliche Innovationstempo innerhalb der Branche erfordert eine reaktionsschnelle Technologie.

Neues Denken benötigt Akzeptanz neuer Wege

Trotz seiner Geschichte in den traditionellen Fertigungsindustrien befinden wir uns noch in den Anfängen des 3D-Drucks in Bezug auf die Auswirkungen, die er sowohl technologisch als auch konzeptionell liefern kann. Der erste Schritt ist die Akzeptanz neuer Wege, Dinge zu entwerfen.

Von dort aus brauchen wir eine Technologie, die uns hilft, das Versprechen der Komplexität zu erfüllen.

Eine der großen Herausforderungen dabei ist, dass die Software wirklich vom gesamten Prozess des 3D-Drucks informiert werden muss, vom Design bis zur Produktion. Softwarelösungen wie Netfabb, GROW und Nastran machen dies zur Realität, indem sie sich in 3D-Designsoftware und 3D-Drucker selbst integrieren.

Auf der Designseite machen es Lösungen wie NetFabb und Nastran den Ingenieuren leicht, die Einschränkungen des 3D-Drucks zu verstehen und Designs für den Prozess zu optimieren.

Auf der Fertigungsseite führen Unternehmen wie Grow und LINK3D die Automatisierung in die Arbeitsabläufe der Anwendungsingenieure ein und stellen sicher, dass die Maschinen ausgelastet sind und die Prozesse für eine erfolgreiche und sichere Integration dokumentiert werden.

Digitale 3D-Druck Fabriken der Zukunft

Du fragst dich vielleicht immer noch, was ist eine digitale Fabrik? Dieser Begriff wird sehr lose verwendet und hat viele weit gefasste Definitionen.

Ihr umfassendes Portfolio an Hardware- und Softwareprodukten automatisiert und kommuniziert, um die umfassende Integration von Daten aus Entwicklung, Produktion und Zulieferern zu ermöglichen.

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Wer denkt, die Arbeitswelt hat sich rasant verändert, sieht erst den Anfang. Im Jahr 2030 arbeiten Mensch und Maschine und Connected Worker Seite an Seite.

Digitale Fabriken werden als eine der Schlüsselkomponenten innerhalb der Organisationen angesehen, die den 3D-Druck einführen. Ein Bericht von PWC besagt, dass über 90% der Industrieunternehmen in digitale Fabriken investieren, aber nur knapp 6% sagen, dass sie dieses Konzept vollständig integriert haben.

Unternehmen, die planen, eine voll integrierte digitale Fabrik zu entwickeln, müssen intern und extern investieren, um dies zu ermöglichen. Das bedeutet, dass Unternehmen Mitarbeiter einstellen und weiterentwickeln müssen, erhebliche Mengen an Workflow-Änderungen verwalten und neue Softwarelösungen in ihre Arbeitsabläufe integrieren müssen.

Vorteile der Digitalen Fabriken

Was sind also die Vorteile der Schaffung einer Digitalen Fabrik? Wenn Unternehmen planen und Erfahrungen mit digitalen Fertigungslösungen sammeln, gewinnen sie ein klares Bild über den Zeitplan der Integration und den erforderlichen Aufwand. Ebenso wie lange es dauern wird, bis sich diese Investition auszahlt.

Auch wenn die meisten keine sofortige Rendite sehen werden, gibt es mittelfristig eine klare Rendite. Durch die Einführung von Automatisierung am Arbeitsplatz können Unternehmen ihren organisatorischen Aufwand reduzieren und die Effizienz kann um bis zu zwanzig Prozent pro Woche steigen.

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Der Blick auf die Branchen zeigt, dass alle in den letzten beiden Jahren sowohl bei den digitalen Fähigkeiten als auch beim Aufbau der erforderlichen Führungsqualitäten Fortschritte gemacht haben.

Die Schaffung einer besseren Workflow-Effizienz durch Automatisierungstools hat große Vorteile für das Endergebnis von Unternehmen.

Durch die Einführung von Automatisierung und KI auf Basis von Softwarelösungen können Unternehmen ihre Designprozesse beschleunigen. Fertigungsfehler mit autonomen Dateireparaturtools reduzieren und die Markteinführung von Produkten beschleunigen.

Die Nachfrage nach 3D-Technologien steigt

Je mehr sich Unternehmen mit 3D-Druck, Big Data, KI und Automatisierung vertraut machen, desto größer wird die Nachfrage nach fortschrittlicheren Werkzeugen, um die digitale Fertigung auf das höchste Niveau zu heben.

Da die Welt immer vernetzter und datengesteuerter wird, werden Unternehmen in der Lage sein, neue Technologien in einem Tempo zu übernehmen, wie es die Welt noch nie gesehen hat.

Maßgeschneidertes Design, lokalisierte Fertigung und verteilte Lieferketten werden uns in die Zukunft führen. Menschen aus allen Gesellschaftsschichten, die eine Idee haben, werden in der Lage sein, ihre Träume zu verwirklichen.

Neue und fortschrittliche Unternehmen werden sich in rasantem Tempo ansiedeln, und ihr Tatendrang wird zugänglicher sein als je zuvor. Es liegt an den Organisationen, diese Prinzipien zu übernehmen und den Ball voranzutreiben.

Mathias Diwo I Futurist , Keynote-Speaker, Autor


Mathias schreibt über Digital- und Technologietrends sowie Megatrends zur Zukunft der Arbeit, Hybrid Work, Management und Leadership. Lade ihn ein, bei deiner nächsten Veranstaltung zu sprechen.

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