AM Forum Berlin 2023: How to use 3D printing for a competitive edge? Insights from SLM Solutions, Bosch, Weidmüller Interface & Weisser Spulenkörper

Das AM Forum Berlin 2023 hatte das übergeordnete Thema der additiven Fertigung in einer VUCA-Welt. Was ist eine VUCA-Welt, fragen Sie sich vielleicht? Es zeichnet sich durch Volatilität, Unsicherheit, Komplexität und Mehrdeutigkeit aus.

Eine Reihe von Referenten befassten sich mit der Frage, wie industrieller 3D-Druck einen Wettbewerbsvorteil bieten kann, vom führenden Anbieter von AM-Systemen bis hin zu einem Unternehmen mit über 170 Jahren Fertigungserfahrung.

Partnerschaften stehen im Mittelpunkt dieses Ansatzes, und das AM Forum Berlin 2023 verdeutlichte diesen Punkt, indem es Führungskräfte im Bereich 3D-Druck einlud, die Bühne mit Unternehmen zu teilen, die additive Fertigung in die Tat umsetzen. Sam O'Leary, CEO von SLM Solutions, brachte den Ansatz auf den Punkt: „Wenn man keine Partnerschaft eingeht oder die Integration nicht ermöglicht, bleibt ein wirklich cooles, isoliertes Stück Technologie zurück.“

Dieser Artikel aus unserer Reihe mit Erkenntnissen vom AM Forum Berlin 2023 befasst sich mit mehreren dieser Unternehmungen und wie additive Fertigung mit traditionelleren Methoden eingesetzt werden kann.

SLM-Lösungen und additive Fertigung bei Bosch

Angesichts des zunehmenden technologischen Fortschritts ist die Einführung des 3D-Drucks als entscheidender Wettbewerbsvorteil in der Branche keine Neuheit mehr, sondern eine Notwendigkeit. Diese Prämisse wurde unterstrichen, als der Moderator des AM Forum Berlin 2023, Sven Krause von SK Consulting, zwei Branchenveteranen einlud, um ihre gemeinsamen Bemühungen zur Förderung dieses Wandels zu diskutieren. Das Duo bestand aus Dr. Kai Kuhlmann, Director of Technical Director Technical Functions, Powertrain Solutions, Robert Bosch, und Sam O'Leary, CEO von SLM Solutions.

Der Vorstoß von Bosch in die additive Fertigung dürfte keine Überraschung sein. Doch ihre produktive Allianz mit SLM Solutions, einem renommierten Entwickler und Wegbereiter von Technologie, hat die tiefgreifendste Wirkung erzielt.

Zu Beginn des Gesprächs erklärte O'Leary, dass die Mission von SLM Solutions darin bestehe, „die Zukunft der Fertigung für immer zu verändern“. Mehr als bloße Rhetorik argumentierte er, dass dieser Wandel nur durch „tief verwurzelte Partnerschaften, Partnerschaften, die Innovationen fördern, Barrieren beseitigen und ganz einfach Partnerschaften, die einfach Ergebnisse liefern“ möglich sei.

Die Aufgabe von SLM besteht darin, den industriellen Wandel voranzutreiben. „Unser Ziel ist es, das Notwendige zu liefern, um diesen industriellen Wandel zu ermöglichen“, erklärte O'Leary. Dies bedeutet ein ständiges Streben nach Kostensenkung, kompromissloser Qualität und überlegener Leistung.

O'Leary warnte jedoch davor, dass die beste Technologie und beispielhafte Anwendungsfälle nur ein Teil der Gleichung seien. Der Schlüsselkatalysator, so schlug er vor, liege in einem tieferen Wandel: robuste Allianzen, die eine symbiotische Zukunft ermöglichen.

Passenderweise ist die Partnerschaft von SLM mit Bosch ein Beweis für diesen integrierten Ansatz. Die Allianz legt Wert auf die Integration der SLM-Technologie in bestehende, etablierte Produktionsprozesse und steht damit im Einklang mit ihrem Ziel einer umfassenden industriellen Produktion. Die Zusammenarbeit bedeutet auch eine wachsende branchenweite Erkenntnis, dass additive Fertigung nicht nur wünschenswert, sondern eine wesentliche Lösung für globale Fertigungsherausforderungen ist.

Im weitläufigen Ökosystem von Bosch mit über 400.000 Mitarbeitern weltweit ist der Geschäftsbereich Powertrain Solutions ein wichtiger Teil des Geschäftsbereichs Mobilitätslösungen. Nürnberg ist ein Zentrum für additive Fertigung bei Bosch, und Dr. Kuhlmann zeichnete das Bild eines wachsenden und effizienten Unternehmens. Im Laufe des letzten Jahrzehnts wurden an diesem Standort fünf Metall-3D-Druckmaschinen beheimatet. Der Standort Nürnberg sei keine bloße Druckerei, behauptet er. Es betreut die gesamte Prozesskette vom 3D-Druck über die Bearbeitung und das Fräsen bis hin zur Wärmebehandlung.

Die Abteilung kümmert sich um interne Anwendungen bei Bosch und führt jedes Jahr über 300 Projekte durch. Dabei werden mehr als 2.000 Teile hergestellt, einige davon in Kleinserien von mehr als 200 Stück. Wie Dr. Kuhlmann betonte, ist der Weg von stetigem Wachstum und Produktivitätssteigerung bei gleichzeitiger Kostensenkung geprägt .

Allerdings ist der Erfolg von Bosch nicht ohne Herausforderungen. Ein zentrales Problem könnte als Catch-22-Situation beschrieben werden – der Bedarf an neuen Maschinen, um Geschäfte zu generieren, im Gegensatz zu der Notwendigkeit für Unternehmen, in neue Maschinen zu investieren. Diese Pattsituation erfordert einen Durchbruch, einen anderen Ansatz, um die additive Fertigung nicht als Alternative, sondern als entscheidenden Vorteil zu nutzen, um die Produktleistung zu verbessern und die Kosten zu kontrollieren.

Für Bosch ist der Wandel von der Technologieorientierung hin zur Produktorientierung ein bedeutender Schritt. Der Fokus liegt nicht mehr nur auf der Schnelligkeit und Flexibilität der AM-Technologie, sondern auch auf den Vorteilen, die diese für die Produkte bieten kann. Die neue Denkweise hat vielversprechende Ergebnisse gezeigt, insbesondere angesichts der Bedeutung von Qualität in der Automobilindustrie. Bosch kann es sich nicht leisten, jedes einzelne Produkt mit der Menge der produzierten Teile zu testen. Dieses Dilemma hat den Schwerpunkt auf zuverlässige und reproduzierbare Prozesse und die Notwendigkeit gelegt, am Ende der Produktion zu verstehen, ob ein Teil gut oder schlecht ist.

Um die Qualität sicherzustellen, teilt das Nürnberger Team die Vorteile der Technologie innerhalb von Bosch, baut Know-how auf und teilt Erfolgsgeschichten. Wie Dr. Kuhlmann betonte, erfordert die Erfüllung der Automobilerwartungen hinsichtlich Qualität und Kostenkontrolle mehr als nur die Herstellung der richtigen Produkte. Es erfordert auch ein Verständnis der Werkstattorganisation und der zunehmenden Rolle der Automatisierung.

Die Reise von Bosch begann klein, aber sie wird bald groß werden. Dr. Kuhlmanns aktuelle Einschätzung deutet darauf hin, dass Maschinen der älteren Generation weiterhin die Pseudoproduktion vorantreiben werden – eine Zwischenstufe zwischen Prototyping und Massenproduktion. Allerdings muss Bosch auf hochproduktive, kostengünstige Maschinen wie die SLM-Angebote der nächsten Generation umsteigen, um die letzte Stufe – die Serienproduktion – zu erreichen.

Dr. Kuhlmann betonte die Bedeutung strategischer Partnerschaften bei diesem Unterfangen und deutete eine enge Allianz mit SLM Solutions an. Solche Kooperationen, so deutete er an, werden den Schlüssel zur nächsten Stufe der AM-Reise von Bosch darstellen, um die Produktivität zu steigern, Prozesse zu steuern und sowohl interne als auch Kundenerwartungen zu erfüllen.

Trotz der Herausforderungen ist Dr. Kuhlmann zuversichtlich, dass die additive Fertigung für Bosch bahnbrechend sein wird. Die Erwartung wachsender Volumina, wettbewerbsfähiger Preise und zuverlässiger Prozesse lässt ihn positiv in die Zukunft blicken. Er argumentiert, dass der Einsatz von AM-Design einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil bei der Produktleistung und den Stückkosten bieten wird.

„Die Produktleistung ist der Schlüssel zur Überwindung der Kluft“, sagte Dr. Kuhlmann und wies auf einen Wendepunkt auf dem Weg des Unternehmens zur additiven Fertigung hin.

Produktionskosten durch 3D-Druck senken: Erkenntnisse aus der Elektrosteckverbinderindustrie

Die Reduzierung der Produktionskosten bei gleichzeitiger Wahrung der Produktintegrität ist in der 3D-Druckbranche ein immer drängenderes Thema. „Bei Innovation geht es um mehr als nur den Herstellungsprozess; Dazu gehört auch die Herausforderung, etablierte Industriestandards und Zertifizierungen einzuhalten“, sagte Dr. Simon Althoff, Leiter des Kompetenzzentrums Smart Connectivity bei Weidmüller Interface, während einer Grundsatzrede beim AM Forum 2023 zur Reduzierung der Produktionskosten in der Elektrosteckverbinderindustrie.

Elektrische Steckverbinder – im Wesentlichen Geräte, die Strom von einer Quelle zu einem Gerät übertragen – werden in verschiedenen Branchen häufig verwendet. Ihre Herstellung ist eine milliardenschwere Industrie, und einige andere Unternehmen stellen ähnliche elektrische Steckverbinder und Schrankprodukte her. Die Steckverbinder erfüllen vier Kernfunktionen: Schutz, Sicherung, Isolierung und Leitung von Elektrizität. Sie müssen widerstandsfähig gegen Elemente wie Wasser und Staub sein, robust genug, um an Ort und Stelle zu bleiben und über die richtige Isolierung für Sicherheit und Funktionalität verfügen.

Dr. Althoff unterstrich in seinem Vortrag die Doppelrolle der Elektrosteckverbinderindustrie: nicht nur der Verkauf eines Produkts, sondern auch „die Ehre der Zertifikate“. Branchennormen, Standardisierungen und Zertifizierungen spielen eine entscheidende Rolle, können aber auch zu Spannungen mit der Agilität des 3D-Drucks führen. „Es ist eine Vertrauensfrage“, stellte Dr. Althoff fest. „Additive Fertigung ist eine echte und wertvolle Produktionstechnologie, aber unsere Kunden kaufen nicht nur ein Produkt. Sie kaufen das Produkt mit den Zertifikaten.“

Trotz ihrer Vorteile hat die additive Fertigung, wie Dr. Althoff betonte, Schwierigkeiten, sich in der komplizierten Landschaft von Zertifizierungen und Industriestandards zurechtzufinden. Die umfangreichen Zertifizierungstests verursachen erhebliche Kosten. So sind beispielsweise Entflammbarkeitsprüfungen unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Bauteile die Schränke nicht in sprichwörtliche Feuerstellen verwandeln. Hierfür hat AM Lösungen für flammhemmende Kunststoffteile bereitgestellt.

Wie lässt sich der 3D-Druck skalieren?

Bei der Einführung des industriellen 3D-Drucks muss ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Technologie und Tradition gefunden werden. Die additive Fertigung bietet einen transformativen Ansatz zur Herstellung von Artikeln wie elektrischen Steckverbindern, einschließlich Kleinserienprodukten, die aufgrund der damit verbundenen umfangreichen manuellen Arbeit traditionell unwirtschaftlich wären.

„Wir haben automatisierte Spritzgießmaschinen, die rund um die Uhr produzieren“, erklärte Dr. Althoff, „wir haben auch Produkte in kleineren Auflagen.“ 300-400 Steckverbinder können wir nicht [mit Spritzguss] herstellen, aber der Kunde erwartet es. Deshalb suchen wir nach additiver Fertigung als Lösung für unsere Kleinserienprodukte.“

Der 3D-Druck könnte die Probleme bei der Herstellung von Nischenkomponenten lindern, Zeit und Kosten senken und gleichzeitig die erforderliche Qualität und Standards für Produkte in Industriequalität liefern.

Der Übergang zur additiven Fertigung verläuft jedoch nicht ganz ohne Hindernisse. Die besondere Herausforderung der Branche liegt laut Dr. Althoff in der Nachbearbeitung. „Wir haben die Technologie und die Maschinen zur Verfügung; Wir verfügen auch über seriöse Produktionen“, bestätigte er. „Am Ende fehlt uns aber die industrielle Nachbearbeitung.“

Und dann ist da noch die Frage der Zertifizierung. Auf diese Weise hergestellte Produkte müssen strengen Standards und Vorschriften entsprechen. Der „goldene“ Maßstab ist ein UL-Zertifikat. Und hier liegt der Kern des Problems. Wie Dr. Althoff es ausdrückte: „Es ist eine Vertrauensfrage.“

Betreten Sie Dr. Starnecker, CEO von Weisser Spulenkörper, einem Spritzgussunternehmen, das eifrig die Möglichkeiten der additiven Fertigung erforscht. Sie können bei Volumina von weniger als 10.000 Stück und weniger als einem Kubikzentimeter kostengünstiger produzieren als beim Kunststoffspritzguss.

Wie Dr. Starnecker betonte, ist diese Flexibilität „die vierte Dimension in der Produktion“. Dazu gehören Designfreiheit, die Möglichkeit, während der Entwicklungsphase schneller zu iterieren, und Variabilität in der Menge der produzierten Teile.

Insbesondere produziert Weisser Spulenkörper bereits heute hochwertige Funktionsteile mittels additiver Fertigung. Der Fokus liegt auf „mindestens so gut wie das traditionelle Modell“, es besteht jedoch der Ehrgeiz nach mehr, ein bedeutender Schritt in Richtung „industrieller additiver Fertigung“.

Ein Wandel im Spritzguss

Dr. Starnecker erklärt, dass ein Wandel in den Normen der Spritzgießindustrie im Gange sei. Kosten zwischen 50.000 und 300.000 Euro stellen erhebliche Hürden für Hersteller dar, insbesondere wenn die Marktakzeptanz eines neuen Produkts ungewiss ist. Die grundlegende Disruption – die Fähigkeit, neue Produkte mit begrenztem finanziellen Risiko herzustellen, zu testen und auf den Markt zu bringen – verdeutlicht das Versprechen der additiven Fertigung. „[Kunden] wissen nicht einmal, ob der Markt es aufgreifen wird. Sie haben die Idee, dass es ankommen könnte, und sie sagen: Okay, wir produzieren es additiv … und sobald der Markt es annimmt, sind wir glücklich, weil wir mehr Teile produzieren können“, führt Dr. Starnecker aus.

Dr. Starnecker identifiziert eine Nische, in der sich die additive Fertigung auszeichnen könnte, und zwar nicht bei der Produktion von Millionen identischer Artikel, sondern bei „den 600 Produkten, bei denen es nur eine Menge von weniger als 10.000 Teilen pro Jahr gibt“. Dieser Sweet Spot, bei dem individuelle Anpassung und geringe Stückzahl wirtschaftlich nebeneinander bestehen können, könnte auch die Lagerkosten und das in Formen gebundene Kapital erheblich reduzieren.

Darüber hinaus geht das Versprechen der Technologie über einfache Kosteneinsparungen hinaus. Jedes der „10.000 Teile“ könnte ein Unikat sein und eine beispiellose Produktanpassung und Komplexität bieten.

Dr. Starnecker betont, dass es entscheidend ist, Vertrauen in die additive Fertigung aufzubauen und sie als zuverlässigen, wiederholbaren industriellen Prozess zu etablieren. Wenn dieses Vertrauen gefördert werden kann, ist er davon überzeugt, dass die additive Fertigung eine Antwort auf Nachhaltigkeits- und Wirtschaftsherausforderungen sein kann. „Wir brauchen mehr Vertrauen in die Gemeinschaft und die Branche“, bevor wir mit dem Aufruf abschließen, „den Spielplatz zu verlassen und ernst zu werden!“

Das AM Forum kehrt 2024 nach Berlin zurück. Weitere Informationen finden Sie hier.

Wie sieht die Zukunft des 3D-Drucks in den nächsten zehn Jahren aus?

Welche technischen Herausforderungen müssen im kommenden Jahrzehnt im Bereich der additiven Fertigung bewältigt werden?

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Sind Sie auf der Suche nach einem Job in der additiven Fertigungsbranche? Unter 3D Printing Jobs finden Sie eine Auswahl an Stellen in der Branche. Das Bild zeigt Sam O'Leary, SLM Solutions, [R] und Dr. Kai Kuhlmann von Robert Bosch. Foto über AM Forum Berlin.

Michael Petch ist Chefredakteur bei 3DPI und Autor mehrerer Bücher zum Thema 3D-Druck. Er ist regelmäßiger Hauptredner auf Technologiekonferenzen, wo er Vorträge wie 3D-Druck mit Graphen und Keramik und den Einsatz von Technologie zur Verbesserung der Lebensmittelsicherheit gehalten hat. Michael interessiert sich vor allem für die Wissenschaft hinter neuen Technologien und die damit verbundenen wirtschaftlichen und sozialen Auswirkungen.