KEM Konstruktion: Die additive Fertigung (3D-Druck) ist dabei, die Fertigung zu revolutionieren. Immer mehr Unternehmen setzen auf diese Technologie – mittlerweile auch für die Serienproduktion. Welche Gründe gibt es für diesen Siegeszug der additiven Fertigung?
Fruth: Die additive Fertigung ist mittlerweile nichts Neues mehr. Wir verwenden sie in der Industrie inzwischen seit 25 Jahren für die Herstellung von technischen Prototypen. In diesem Bereich ist die Technologie etabliert. Allerdings hat sich die Technologie im Laufe der letzten 20 Jahre natürlich weiterentwickelt. Das betrifft die Qualität der Bauteile, die Genauigkeit, die Materialqualität und ähnliches. Und damit erschließt sich die additive Fertigungstechnologie neue Anwendungsgebiete. Und innovative Technologien bieten natürlich auch immer Chancen für neue Lösungen und Produkte.
Das ist ein Zustand, der kreative Leute anregt, sich Gedanken zu machen, was man damit Neues machen kann. Letztendlich ist das der Grund, warum sehr viel darüber diskutiert wird, additive Fertigung für Serienbauteile zu verwenden, was im Einzelfall auch bereits stattfindet.
KEM Konstruktion: Die FIT Group hat langjährige Erfahrung in Sachen Additive Manufacturing und bietet vom Produktdesign über die Konstruktion und Herstellung bis hin zur Nachbearbeitung Lösungen und Services für die gesamte Wertschöpfungskette des 3D-Drucks an. Welche Herausforderungen müssen AM-Anbieter und -Anwender in Bezug auf diese Fertigungsmethode meistern?
Fruth: Wir bieten alle Services entlang der Wertschöpfungskette des 3D-Drucks an. Die Anzahl der unterschiedlichen Schritte in diesem Gesamtprozess, zeigt dessen hohe Komplexität. Und das ist eine große Herausforderung für die Anwender der additiven Fertigung, und zwar sowohl auf der Entwickler- beziehungsweise Herstellerseite als auch auf der Seite der Benutzer, also der OEMs, die dann diese Produkte einsetzen. Zum einen erfordert die additive Fertigung eine ganz andere Konstruktionsmethodik. Das Skillset, das bei den Konstrukteuren und Entwicklern vorhanden sein muss, unterscheidet sich logischerweise von dem Skillset, das man in anderen Fertigungstechnologien benötigt. Und damit zurechtzukommen, diesen Wissensaufbau in den Unternehmen zu gestalten, das ist für viele Benutzer ein Problem.
Für die FIT besteht die Schwierigkeit darin, dass wir in jedem einzelnen Prozessschritt kompatibel zu unseren Auftraggebern sein müssen. Und da unsere Auftraggeber sehr heterogen sind, von kleinen Start-Ups bis zu großen Industrieunternehmen, ist das für uns schon eine Herausforderung. Das betrifft die gesamte Kommunikation sowie die Art und Weise wie wir auf ein Unternehmen zugehen. Gerade bei den großen Unternehmen haben wir die Schwierigkeit, dass diese etablierte Systeme haben.
KEM Konstruktion: Können Sie das etwas näher erläutern?
Fruth: Das betrifft nicht nur die Methodik, wie große Unternehmen heute ihre Produkte entwickeln, sondern sie haben auch viele Regularien entwickelt – in Sachen Datenschutz, Compliance oder Nachhaltigkeit. Diese Themen haben im Laufe der letzten Jahre enorm an Dynamik gewonnen und sind damit einfach Grundvoraussetzung. Das heißt, wenn Unternehmen heute ein neues Produkt entwickeln wollen, müsste man sich eigentlich auf die Lösung selbst, also auf die Technik konzentrieren. Doch die vielen erwähnten Vorgaben müssen ebenfalls berücksichtigt und abgewickelt werden. Für Tier-1- oder Tier-2-Zulieferer der Automobilindustrie geht es bei neuen Projekten oft um Stückzahlen und Umsätze in mehrstelliger Millionenhöhe. Wenn man nur einen Teilbereich betrachtet und hier ein spezielles Regelwerk berücksichtigen muss, ist das noch relativ einfach. Aber wenn es darum geht, zehn oder 50 Teile neu zu entwickeln, die dann additiv aufgebaut werden sollen und es müssen hierfür die Regularien und Vorschriften abgedeckt werden, dann ist das eine große Herausforderung. Und hier sprechen wir noch nicht von der Technik.
Und der zweite Punkt ist die Technik an sich, also die neuen Verfahren, denn da sind alle Beteiligten in den Unternehmen noch sehr unbedarft. Keiner kennt sich so richtig aus, damit ist ein gewisses Risiko enthalten. Das heißt, man hat eine hohe Anforderung an die Qualitätssicherung und ähnliche Dinge. Und auch die Qualitätssicherung muss bei einem neuen Fertigungsverfahren natürlich erst entwickelt werden, denn man kann nicht zwangsläufig die QS-Systeme für bestehende Fertigungstechnologien übernehmen. All das sind Herausforderungen, die es spannend, aber auch relativ langwierig machen, neue Produkte additiv tatsächlich umzusetzen.
KEM Konstruktion: Voraussetzung ist also, dass das jeweilige Bauteil auch für die Herstellung mittels 3D-Druck entwickelt oder angepasst wurde? Können Sie das erforderliche Vorgehen erläutern?
Fruth: Wie erwähnt, geht es beim 3D-Druck um echte Innovation und nicht nur um lineare Verbesserungen. Wenn ein Unternehmen beschließt, ein Bauteil additiv herzustellen, ist damit eine Erwartungshaltung verbunden. Und wenn man die Gründe hinterfragt, stellt man häufig fest, dass das einzige Innovationsziel ist, das Bauteil billiger zu produzieren. Das ist der falsche Ansatz, denn ganz ehrlich: Die additive Fertigung von Serienbauteilen kann im Regelfall nicht irgendetwas billiger machen. Sie kann helfen, neue Produkte mit neuen Funktionalitäten zu schaffen, aber wenn das Ziel ist, es günstiger zu machen, hat die additive Fertigung mit den heutigen Verfahren Schwierigkeiten.
Da muss mehr kommen, da muss man die Total Cost of Ownership eines Produkts oder Bauteils betrachten, um mit der additiven Fertigung einen echten Mehrwert zu bieten, und das ist eine sehr komplexe Sache. Diese Komplexität ist die Herausforderung, die wir letztendlich lösen müssen. Und das kann man im Regelfall nur, wenn man ein Produkt komplett neu denkt. Der Ansatz der FIT Group ist es daher, unsere Kunden bei dieser Migration mit Rat und Tat zu begleiten und mit ihnen zusammen die Veränderungen in Richtung der additiven Fertigung zu initiieren.
KEM Konstruktion: Das beginnt ja bereits bei den vielen, erklärungsbedürftigen 3D-Druck-Verfahren. Anwender haben es oft schwer, in diesem Dschungel den Mehrwert für sich zu erkennen. Welchen Service können Sie hier bieten?
Fruth: Ich würde mich jetzt nicht als Laien auf dem Gebiet der additiven Fertigung bezeichnen, aber auch ich tue mich schwer, die unterschiedlichen Verfahren, die es heute gibt, qualifiziert zu bewerten. Da hilft auch kein Messebesuch, bei dem man sich ein oder mehrere Verfahren schnell mal erklären lässt.
Die FIT als Unternehmen, das sein Geld mit der Herstellung dieser Bauteile verdient, muss ein neues Verfahren verstehen. Das bedeutet, wir müssen die Stärken und Schwächen der jeweiligen Technologie abschätzen. Deshalb setzen wir nicht auf ein einzelnes Verfahren, sondern auf Vielfalt, damit wir für jede Anwendung die passende Lösung haben. Als Spezialisten für Selektives Lasersintern (SLS), Stereolithographie (SLA), 3D-Metalldruck oder Vakuumguss sorgen wir gleichzeitig für Orientierung, denn auf Basis der jeweiligen Anwendung und der Anforderung unserer Kunden wählen unsere Fertigungsexperten das richtige Verfahren aus, um das gewünschte Produkt schnell, effizient und passend herzustellen. Das ist der eine Aspekt – zum anderen müssen wir aber auch verstehen, welche Kosten tatsächlich entstehen. Dafür muss man sich schon sehr stark auf eine Technologie einlassen.
KEM Konstruktion: Können Sie das beispielhaft näher ausführen?
Fruth: Wir haben das mit einigen neuen Technologien durchexerziert, bei denen wir sehr frühzeitig eingestiegen sind. Aber es dauert seine Zeit, zwei, drei Jahre, bis man die Technologie soweit versteht, dass man den Kunden ein Bauteilversprechen geben kann und auch die Kosten beziehungsweise den Preis beziffern kann.
Wir als Spezialist bieten unseren Kunden eine gewisse Vorselektion und auch eine Beratung an, mit dem Ziel, ihnen sagen zu können, welche Verfahren zu ihrer Anforderung passen oder eben auch nicht. Häufig haben wir die Problemstellung, dass der Kunde auf einer Messe ein neues System gesehen hat, das von den Werten her für seine Aufgabe ideal wäre. Aber das ist nur ein kleiner Bruchteil von dem, um was es wirklich geht. Vor diesem Hintergrund müssen wir schon sehr gut argumentieren, um dem Kunden verständlich zu erläutern, warum das eine oder andere Verfahren, das er sich überlegt, nicht unbedingt das richtige ist. Und das betrifft nicht nur das Verfahren, das betrifft auch die Materialien, die verwendet werden.
Nehmen wir also konkret ein ganz einfaches Beispiel: Wenn der Kunde sagt, er möchte wegen der vorteilhaften Eigenschaften ein Bauteil aus Edelstahl haben, dann schauen wir uns die Geometrie an und schlagen aus technischen Gründen Titan als Material vor. Der Kunde denkt daraufhin, dass wir nur mehr Geld verdienen möchten, da Titan viel teurer als Edelstahl ist. Aber additiv aufgebaut, kann es sein, dass man genau diese Geometrie in einem Verfahren, bei dem wir Titan verarbeiten können, sehr viel effizienter realisieren kann. Und der Kunde dadurch letztendlich ein viel besseres und auch günstigeres Bauteil bekommt.
Das ist ganz schwierig, denn im Regelfall handelt es sich bei unseren Kunden nicht um kleine Unternehmen mit fünf Leuten, bei denen der Chef entscheidet, sondern meist sind es große Unternehmen mit komplexen Entscheidungswegen. Das ist auch der Grund, warum sich kleinere Unternehmen sehr viel leichter tun mit echter Innovation. Aber das ist ja auch nichts Verwerfliches zu sagen, die Innovation kommt von kleinen Unternehmen.
KEM Konstruktion: In den letzten Jahren spielt der Metall-3D-Druck eine zunehmend wichtige Rolle. Welche Vorteile hat er gegenüber den generativen Verfahren, die mit Kunststoff arbeiten?
Fruth: Ich würde nicht sagen, dass metallische Verfahren einen Vorteil haben. Es gibt zwei wesentliche Unterschiede.
- Der erste Unterschied ist: Im Bereich der metallischen Bauteile können wir auf Qualitätssicherungsinstrumente zurückgreifen, die etabliert sind. Ein Beispiel sind Metallgefüge. Deren Prüfung ist etabliert. Natürlich ist es auch machbar die Gefüge-Struktur eines Polymers zu analysieren, aber das ist deutlich komplexer. Das heißt, die Qualitätssicherung im Bereich der metallischen Verfahren ist Stand heute einfacher.
- Und der zweite Punkt ist, welche Wettbewerbsverfahren es gibt. Im Kunststoffbereich haben wir mit dem Spritzguss ein gutes, günstiges und etabliertes Verfahren. Bei Metall ist das anders, denn in Metall fräsen ist teuer und beim Gießen haben wir ein großes Qualitätsthema. Das ist der Grund, warum metallische Verfahren auf dem Markt eine zunehmend wichtige Rolle spielen. Aber ich würde nicht sagen, dass Metall an sich besser ist als Kunststoff.
KEM Konstruktion: Aber erschließt der Metall-3D-Druck nicht gewisse Anwendungsbereiche, für die Kunststoff nicht geeignet ist – etwa Turbinen für die Raum- oder Luftfahrt?
Fruth: Wie erwähnt, sprechen wir beim 3D-Druck davon, neue Bauteile zu entwickeln. So eine Bauteilentwicklung kostet mit Tests viel Geld – 100.000, 200.000 oder 500.000 Euro sind da normal. Bedenkt man zusätzlich, dass es vielleicht um 100 Bauteile geht, die letztendlich gefertigt werden, hat man schnell sehr hohe Stückkosten. Das heißt, man braucht wirklich wertige Applikationen, die den hohen Preis rechtfertigen. Wenn ich einem Kunden sage, dieses Plastikbauteil kostet 30.000 Euro, dann sagt jeder ‚Uff‘. Wenn ich ihm sage, das ist ein spezielles Bauteil aus einem Titanmaterial für ebenfalls 30.000 Euro, sagt jeder: ‚Ja, Titan ist halt teuer‘.
Bei Metallwerkstoffen ist die Akzeptanz für hohe Preise größer. Kunststoffbauteile sind einfach viel billiger, das heißt, in diesem Bereich die hohen Kosten zu rechtfertigen, ist sehr schwer. Aber ich denke, das ist die momentane Situation. Und man darf Technologien, die eine so hohe Entwicklungsdynamik haben, wie die additive Fertigung, nicht zwangsläufig danach bewerten, wie es heute aussieht. Man muss Bauteile und Materialien auf Anwendbarkeit prüfen und das kann man erst, wenn die Produkte auch wirklich auf den Markt sind. Denn ein neues additiv gefertigtes Produkt ist ja nichts, was eben mal in drei Monaten im Laden steht, sondern wir reden hier sehr häufig von Entwicklungszyklen von drei, fünf oder acht Jahren.
KEM Konstruktion: Welche Rolle spielen denn Werkstoffe für die additive Fertigung generell?
Fruth: Die Bauteileigenschaften sind natürlich sehr stark vom Werkstoff abhängig. Und jeder Werkstoff hat spezifische Eigenschaften. Und diese funktionellen Anforderungen an einen Werkstoff muss man natürlich treffen, wofür es eine gewisse Werkstoffauswahl braucht. Interessanter ist eine andere Frage. Wir kennen viele Werkstoffe und ihr Eigenschaftsprofil aus den etablierten Fertigungstechnologien.
Was jetzt allerdings in der additiven Fertigung passiert, ist, dass neue Werkstoffe entwickelt werden. Werkstoffe, die sich tatsächlich nur mit additiven Fertigungsverfahren verarbeiten lassen. Neue Metalllegierungen, neue Kunststoffsysteme und ähnliches. Und da ergibt sich ein sehr spannendes Potenzial für Bauteile. Aber auch hier braucht es Zeit, um diese Werkstoffe zu qualifizieren, um ein gewisses Vertrauen in die Werkstoffe zu finden und ähnliches. Letztendlich sind Werkstoffe aber das Entscheidende an der additiven Fertigung. Denn unter dem Strich ist jedem egal, wie ein Bauteil hergestellt wird. Die Frage ist, was leistet dieses Bauteil, mit welcher Zuverlässigkeit und zu welchen Kosten. Das sind die Themen, die eine wesentliche Rolle spielen.
KEM Konstruktion: Welche Bedeutung hat das Thema Künstliche Intelligenz im Bereich der Additiven Fertigung?
Fruth: Wenn die additive Fertigung wirklich groß Fahrt aufnehmen will, wird man nicht umhinkommen, Methoden wie die Künstliche Intelligenz zu verwenden. Wir beschäftigen uns bei der FIT intensiv damit, und zwar schon seit längerer Zeit. Das Kernproblem dabei ist, eine mit schlechten Daten gefütterte KI liefert auch ein schlechtes Ergebnis. Und die Schwierigkeit ist, dass wir so wenig gute Daten haben. Wir glauben wir würden gute Daten haben, aber wenn man diese wirklich überprüft, stellt man fest, irgendwas mit unseren Daten stimmt nicht. Wir haben das über die letzten Jahre sehr intensiv betrieben und viele Millionen in die Qualitätssicherung gesteckt, um genau solche Effekte herauszufinden. Und Tatsache ist, wenn ich Maschinen nach einer gewissen Parametrik einstelle und nach zwei Monaten wieder mit derselben Parametrik arbeite, kommt etwas anderes heraus.
Wenn man genau hinschaut, ist das auch nachvollziehbar. Denn die Maschine wurde in der Zwischenzeit gewartet, die Laser wurden neu justiert, die Maschine wurde neu kalibriert, das Pulver ist gealtert, etc. Vielleicht hat auch der Maschinenbediener gewechselt. Es gibt also viele Störgrößen, die dazu führen, dass die Daten einfach nicht mehr valide sind. Und es erfordert ein sehr tiefes Verständnis der Prozesse, um das zu erfahren.
KEM Konstruktion: Wie komme ich zu diesem Verständnis?
Fruth: Dieses tiefe Verständnis zu entwickeln, ist tatsächlich nicht ganz ohne. Es ist aber unabdingbar, um tatsächlich verlässlich Qualität zu erzeugen und natürlich auch, um Künstliche Intelligenz effizient anwenden zu können, um die Kosten runterzubringen. Wir sprechen bei der additiven Fertigung heute nicht über Stückzahlen von zehntausend, hunderttausend und ähnlichem. Wir haben mit der additiven Fertigung heute ein Verfahren, das sich gut eignet für zehn, für hundert, vielleicht auch mal bis zu tausend Teilen. Danach werden die Applikationen rarer, bei denen man mit der additiven Fertigung zum heutigen Zeitpunkt wirtschaftlich Bauteile fertigen kann, da etablierte Alternativ-Technologien einfach einen Kostenvorteil bieten.
Also um das auf den Punkt zu bringen, KI ist unbedingt notwendig, aber wir müssen einen Schritt nach dem anderen machen und wir müssen erstmal vernünftige und validierte Daten generieren, um die KI damit zu füttern. Und dann denke ich, können wir sie nach und nach in den verschiedenen Bereichen einsetzen.
KEM Konstruktion: Der Charme des 3D-Drucks liegt darin, dass sich damit neue Anwendungsfelder erschließen lassen. So lassen sich etwa in den Bereichen Automotive sowie Luft- und Raumfahrtindustrie Spezialteile für Autos oder Flugzeuge drucken. Welche weiteren Anwendungsfelder sind denkbar?
Fruth: Customized Products beziehungsweise Mass Customization wird eins der wesentlichen Geschäftsfelder der Zukunft sein. Aber derzeit kann man nicht einfach mal so ein kundenrealisiertes Produkt herstellen, weil uns hierfür die ganze Infrastruktur fehlt. Man benötigt Customizing-Geschäftsmodelle, um damit entsprechenden Mehrwert für die Kunden zu schaffen. Es geht hierbei letztendlich darum, wie ich die Art und Weise der Produktentwicklung verändere oder wie ich die Kundenkommunikation aufbaue? Wenn ich heute ein Produkt für zehn Euro habe, da kann ich – und das ist erklärungsbedürftig – nicht eine halbe Stunde Kundengespräch führen. Dafür fehlen uns noch die Mechanismen. Digitalisierung, Künstliche Intelligenz, das alles spielt hier zusammen.
Schlussendlich darf man die additive Fertigung als Technologie nicht losgelöst betrachten, sondern muss das komplette Umfeld des Produktlebenszyklus einbinden. Ein Beispiel, wo dieses Customizing bereits funktioniert, ist die Medizintechnik. Zahnimplantate, Hörgeräte und ähnliches werden heute nahezu vollständig additiv gefertigt. Und in diesem Bereich lässt sich ein tatsächlicher medizinischer Nutzen durch Customizing erzielen. Dadurch lassen sich Patienten spezifischer, individueller behandeln. Und das betrifft am Ende nicht nur Hardwarekomponenten, sondern auch Medikamente und weiteres.
KEM Konstruktion: Nicht in jedem Fall stellt die Additive Fertigung die beste Lösung dar. Für welche Anwendungen ist der 3D-Druck eher ungeeignet und bietet FIT auch alternative Fertigungsverfahren an?
Fruth: Wir bieten eine Vielzahl an Technologien in Ergänzung zur Additiven Fertigung an, wie etwa den Vakuumguss oder den Spritzguss im Bereich Prototyping. Dazu kommen Polyamid- und Feinguss, das CNC-Fräsen von Kunststoffteilen, Reaction Injection Moulding (RIM), Laminieren und die Elastomerfertigung. Der Hintergrund ist, dass man zu einem gewissen Zeitpunkt Bauteile aus dem Serienmaterial benötigt, um zu prüfen, ob die Materialeigenschaften passen.
Zudem bieten wir eine ganze Reihe Technologien zum Nachbearbeiten der Bauteile an. Da ist einmal das Drehen und Fräsen, ein meist standardmäßig ausgeführtes Nachbearbeitungsverfahren im 3D-Druck. Dann Hirtisieren, Wärmebehandlung, Metal Coating, Infiltrieren, Strahlen, Färben, Polieren, Gleitschleifen, Smoothen, Finishen, Lackieren und Metall-Bedampfen.
Da es manchmal wirtschaftlich keinen Sinn macht additiv zu fertigen, bieten wir unseren Kunden die gesamte Palette an Technologien an. Allerdings hat die FIT im Bereich CNC-gefräste Bauteile kein Alleinstellungsmerkmal. Da gibt es Spezialisten, die nur CNC-Fräsen machen und genauso ist es beim Spritzguss. Bei letzterem machen wir auch Kleinserienfertigung, jenseits der Additiven Fertigung. Insgesamt haben wir ein sehr breites Portfolio.
Details zu Verfahren der additiven Fertigung
Am Grohberg 1
92331 Lupburg
Tel.: +49 9492 9429-0
E-Mail: info@pro-fit.de
Website: www.fit.technology
Carl Fruth, Vorstandsvorsitzender FIT AG, LupburgBild: Lisa Kirk/FIT AG/Konradin Mediengruppe
„Wenn die additive Fertigung wirklich große Fahrt aufnehmen will, wird man nicht umhinkommen, Methoden wie künstliche Intelligenz zu verwenden.“
Carl Fruth, Vorstandsvorsitzender FIT AG, LupburgBild: Lisa Kirk/FIT AG/Konradin Mediengruppe
„Es geht beim 3D-Druck um echte Innovation und nicht nur um lineare Verbesserungen.“
Carl Fruth, Vorstandsvorsitzender FIT AG, LupburgBild: Lisa Kirk/FIT AG/Konradin Mediengruppe
„Ich würde mich jetzt nicht als Laien auf dem Gebiet der additiven Fertigung bezeichnen, aber auch ich tue mich schwer die unterschiedlichen Verfahren, die es heute gibt, qualifiziert zu bewerten.“
