Wie Automobilhersteller die Herausforderungen der additiven Fertigung durch Digitalisierung lösen können

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Der Automobil-3D-Druckmarkt wird voraussichtlich bis 2029 auf 9 Milliarden US-Dollar anwachsen. Die Automatisierung von AM-Vorgängen wird maßgeblich dazu beitragen, dieses Wachstum voranzutreiben.

Im Folgenden untersuchen wir die Herausforderungen für AM-Anwender in der Automobilindustrie, die dieses Wachstum behindern können, und wie Digitalisierung und Software dazu beitragen können, diese Herausforderungen direkt zu meistern.

Additive Fertigung in der Automobilindustrie 

Passend zu einer Branche, in der es darum geht, Menschen und Dinge zu bewegen, befindet sich die Automobilindustrie mitten in einem großen Wandel.

Halbleiterknappheit, drohende Änderungen der Kraftstoffeffizienzstandards und der anhaltende Anstieg von Elektro- und Hybridfahrzeugen weltweit gehören zu mehreren bemerkenswerten Trends, die die Automobilindustrie im Jahr 2021 prägen. 

Gleichzeitig kämpfen Automobil-OEMs und -Zulieferer mit den Auswirkungen der Pandemie. Die COVID-19-Pandemie hat den Automobilabsatz insbesondere in den ersten Monaten beeinträchtigt. Letztendlich ging der Umsatz im Jahr 2020 im Jahresvergleich um etwa 15 % zurück, was auf einen massiven Rückgang für die Branche hindeutet.

Als Teil dieser Trends haben Automobilhersteller strategische Investitionen in flexible Fertigung und Belastbarkeit der Lieferkette getätigt. Dazu gehört die Möglichkeit, Konstruktionsänderungen schneller zu integrieren, die Effizienz der Montagelinie mit ergonomischeren Werkzeugen zu verbessern und Flexibilität mit bedarfsgerechten Ersatzteilen zu bieten.

Die additive Fertigung hat maßgeblich dazu beigetragen, Automobilherstellern dabei zu helfen, ihre Branche durch flexible Fertigung zu beleben.

Einerseits ist die Technologie in der Automobilproduktentwicklung verankert und ermöglicht es Designern, Designs mit 3D-gedruckten Prototypen schneller zu wiederholen und zu validieren. Auf der anderen Seite haben große Automobilhersteller auch ihren Einsatz des 3D-Drucks für Fließbandwerkzeuge, Ersatz- und Endverbrauchsautoteile ausgeweitet.

Der zunehmende Einsatz von AM in der Produktion wird auch durch die Zunahme von E-Fahrzeugen getrieben. Elektroautos müssen leichter sein, um energieeffizienter zu sein.

Die Gewichtsreduzierung der Komponenten erfordert neue Ansätze bei der Gestaltung der Komponenten unter der Haube. AM ist eine solche Technologie, die Leichtbau und neue Designs ermöglicht, die mit traditionellen Herstellungsmethoden nicht realisierbar sind.

Allerdings wächst mit dem Einsatz von AM in der Automobilindustrie auch die Komplexität des Managements der AM-Produktion, einschließlich Auftragserfüllung, Qualitätskontrolle und Lieferkettenmanagement. Ob Prototyping oder Serienfertigung, Automobilhersteller, die AM inhouse einsetzen, müssen viele Herausforderungen meistern.

Im Folgenden untersuchen wir die dringendsten Herausforderungen und wie die digitale Automatisierung Automobilunternehmen dabei helfen kann, die Produktivität ihrer AM zu maximieren.

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Fünf 3D-Druckherausforderungen, die Autohersteller durch Digitalisierung lösen können 

1. Schnellere Bearbeitung von Prototypen 

Da OEMs bestrebt sind, fortschrittliche Funktionen zuerst auf die Straße zu bringen, steigt die Nachfrage nach Rapid Prototyping. Ob Automobilhersteller Konzepte visualisieren oder Ideen mit funktionalen Prototypen testen müssen, der 3D-Druck erweist sich als ideale Technologie.

Der Betrieb einer RP-Einrichtung oder eines RP-Labors bringt jedoch seine eigenen Herausforderungen mit sich. Beispielsweise können das manuelle Sammeln von Kundenaufträgen (die oft per E-Mail oder telefonisch eingehen), deren Angebotserstellung und das Zurücksenden von Angeboten oft nicht optimierte Aktivitäten sein, die die Vorlaufzeiten verlängern.

Die manuelle Verwaltung des Bestellschritts und mit Hilfe von isolierten Tools wie Tabellenkalkulationen ist fehleranfällig und lässt kaum Verbesserungsmöglichkeiten.

Eine bessere Lösung wäre, den Prozess der Erfassung von 3D-Druckanfragen zu standardisieren und zu automatisieren. Eine Möglichkeit dazu besteht darin, eine Plattform zu implementieren, die es Nutzern ermöglicht, z.B. Ingenieure, ein Teil über ein spezielles Portal anzufordern, indem Sie eine 3D-Datei hochladen und ein geeignetes Material und eine geeignete Technologie auswählen.

Das bedeutet, dass sie innerhalb von Minuten eine Bestellung aufgeben können, ohne mit den Laborassistenten von RP kommunizieren zu müssen, und automatisch über jeden Meilenstein im Fertigungsworkflow ihres Prototyps benachrichtigt werden.

Sobald die Bestellung im System ist, können die Laborleiter von RP die eingehenden Bestellungen verfolgen, priorisieren und die Produktion planen. Der Prozess der Auftragsübermittlung beginnt durch die Automatisierung wie eine gut geölte Maschine zu arbeiten und spart Zeit, die Manager sonst für das manuelle Sammeln und Organisieren von Daten aufwenden würden.

Da Geschwindigkeit für Automobilhersteller oberste Priorität hat, werden sie umso agiler beim Testen und Validieren von Produktideen, je schneller die Designer ihre Prototypen erhalten können. Eine beschleunigte Produktentwicklung wiederum trägt zu einer schnelleren Markteinführung von Neufahrzeugen und einem Vorsprung gegenüber der Konkurrenz bei.

2. Bessere Kontrolle über die AM-Lieferkette und den Outsourcing-Workflow

Die Automobilindustrie ist eine integrierte Kette von Zulieferern, Herstellern und Verbrauchern. Ein fertiges Produkt, wie ein Auto oder ein anderer Fahrzeugtyp, besteht aus mehreren hundert bis mehreren tausend Elementen, die von verschiedenen Unternehmen hergestellt und geliefert werden, die sich oft in verschiedenen Ländern befinden.

Ähnlich komplex ist die Lieferkette bei Automotive AM:Automobil-OEMs, die 3D-gedruckte Teile in ihre Autos einbauen möchten, müssen mit verschiedenen Zulieferern zusammenarbeiten, um eine zeitnahe Produktion und Distribution der Teile sicherzustellen.

Wie unsere zahlreichen Gespräche mit Kunden jedoch zeigen, ist es für viele Automobilhersteller ineffizient, AM-Teile von Drittanbietern zu beziehen. Der Prozess beinhaltet oft hin und her E-Mails und Anrufe, um Preise zu besprechen und zu vereinbaren, und dies manuell führt zu einem Mangel an Transparenz und Agilität.

Die AM-Lieferkette ist ein komplexer Bereich, den es zu kontrollieren gilt, aber hier sind einige Tipps, wie Sie die AM-Lieferkette effizienter verwalten können:

• Integrieren Sie alle Lieferanten und Teilehersteller in eine zentrale AM-Bestell- und Lieferkettenplattform. Ein integriertes Netzwerk von Lieferanten und Subunternehmern ermöglicht Ihnen den Vergleich von Produktionsdurchlaufzeiten und -kosten und erleichtert die Auswahl eines geeigneteren Lieferanten.
  
  
• Bei der Verwaltung über ein additives MES ermöglicht Ihnen ein integriertes Lieferantennetzwerk, den Auftragsfluss durch automatisiertes Routing zu optimieren. So können alle in der Automobil-Lieferkette vorbereitet werden, um Bestellungen schnell entgegenzunehmen und zu bearbeiten.
  
  
• Schließlich schafft die Zusammenarbeit mit Lieferanten über eine zentralisierte Plattform Transparenz für AM-Teile und -Projekte und ermöglicht es Ihnen, Verzögerungen oder andere Probleme frühzeitig zu erkennen.

3. Gewährleistung der Wiederholbarkeit des AM-Prozesses und der Qualität der Teile

Produktionseffizienz und Qualität der Teile sind beim 3D-Drucken von Autoteilen von größter Bedeutung.

Obwohl traditionelle Herstellungsverfahren gut verstanden sind, sucht die Industrie immer noch nach den besten Ansätzen für AM, die eine wiederholte Qualität garantieren.

Bei AM werden Teile in kleinen Chargen hergestellt, möglicherweise in verschiedenen Fabriken. Ohne eine Möglichkeit, jedes Mal eine konstante Produktion zu erreichen, ist es für Hersteller eine Herausforderung sicherzustellen, dass die Teile immer nach den genauen Spezifikationen hergestellt werden.

Um wiederholbare AM und hochwertige Fertigteile zu gewährleisten, müssen Automobilhersteller einen standardisierten Workflow etablieren.

Die Standardisierung des AM-Betriebs erfordert ein effektives Management von AM-Systemen und -Prozessen, Automatisierung und ein hohes Maß an Konnektivität, um eine vollständige Transparenz des Workflows zu gewährleisten.

Automobil-OEMs und -Zulieferer benötigen daher ein digitales Managementsystem für die additive Fertigung wie additive MES.

Moderne additive MES bieten leistungsstarke Werkzeuge, die einen standardisierten, durchgängigen AM-Betrieb unterstützen.

Additives MES ermöglicht es Benutzern, Vorgänge zu steuern, indem sie Teilen eindeutige Seriennummern hinzufügen und Regeln definieren, die den Teilefluss durch verschiedene Produktionsschritte automatisieren. Sobald ein Auftrag bestätigt ist, kann das System beispielsweise Teile aus dem Auftrag anhand definierter Parameter wie Material, Technologie, Priorität und Verfügbarkeit des 3D-Druckers automatisch bestimmten Maschinen zuordnen.

Sobald der Druck abgeschlossen ist, kann die MES-Software die Teile während der Nachbearbeitung und Qualitätskontrolle bis hin zur Auslieferung weiterverfolgen, wobei ein einziger digitaler Faden erhalten bleibt.

Wenn Software die Prozesse steuert, werden Fehler wie die Zuordnung von Teilen zur falschen Maschine oder das Versäumen von Terminen durch ungeordnete Auftragsprioritäten ausgeschlossen.

Darüber hinaus vereinfacht ein digitales System die Kontrollqualität und Auditprüfungen. Wenn die Daten zentralisiert sind und alle Änderungen daran protokolliert und verfolgt werden, wird es einfacher, die Qualität zu verfolgen und Prozesse gemäß Industriestandards zu zertifizieren.

4. Maximierung der Produktivität eines additiven Fertigungslabors

Bei der Verwaltung einer Automobil-AM-Einrichtung oder eines -Labors ist es unbedingt erforderlich, die Produktivität zu verbessern, um einen höheren ROI mit teuren 3D-Druckgeräten und -materialien zu erzielen.

Aber wie messen Sie die Produktivität Ihrer Fertigungsanlagen? Wie gewinnen Sie Erkenntnisse, um Ihre Prozesse zu verbessern?

Ohne die richtige Technologie wird die Messung der Produktivität der AM-Produktionslinie mühsam. Dies gilt insbesondere, wenn Sie sich auf Tabellenkalkulationen, Papier oder unterschiedliche Softwareplattformen verlassen.

Manuelle, nicht verbundene Tools reichen nicht aus, um die Produktivität Ihrer AM-Systeme zu verfolgen und zu messen. Sie bieten einfach nicht das Maß an Transparenz, das Sie für eine effektive AM-Produktion benötigen.

Um die Produktivität besser zu verfolgen, können Sie ein integriertes additives MES-System verwenden, das sich mit AM-Systemen verbindet und Berichte zu entscheidenden Metriken wie Ertrag, Ausfall- und Erfolgsraten und Maschinenverfügbarkeit generiert.

Ausgestattet mit den Daten können die Laborleiter Engpässe wie leistungsschwache Geräte identifizieren und proaktiv Maßnahmen ergreifen, um die Effizienz aufrechtzuerhalten. Die Daten über die Leistung des AM-Labors können Manager dazu ermutigen, wichtige Geschäftsentscheidungen zur Steigerung der Produktivität zu treffen, z. B. die Optimierung von Maschinenparametern oder die Zuweisung von mehr Bedienern zu bestimmten Aufgaben.

5. Teile flexibel und bedarfsgerecht produzieren  

Eine der größten Chancen, die der 3D-Druck eröffnet, ist die bedarfsgerechte Herstellung von Teilen oder Werkzeugen in flexiblen Mengen.

Damit dieser Prozess jedoch effizient und wiederholbar ist, benötigen Hersteller eine vollständige Datenbank mit AM-Dateien und Produktionsdaten, die es ihnen ermöglicht, Teile und Werkzeuge nach Bedarf zu finden, zu bestellen und zu produzieren.

Das Fehlen des richtigen Systems zur Pflege einer solchen Datenbank macht die Vorteile des On-Demand-3D-Drucks zunichte. Das Speichern von 3D-Druckdateien in Ordnern oder das Versenden per E-Mail kann beispielsweise schnell dazu führen, dass doppelte oder sogar veraltete Dateien geteilt werden.

Darüber hinaus kann eine nicht optimierte Speicherung von 3D-Druckdaten die Agilität in der Fertigung nicht unterstützen. Für AM-Labormanager kann es sehr zeitaufwändig sein, die richtige Version von Dateien zu finden, ihre Produktionsanforderungen zu überprüfen und sie erst danach zur Produktion zu senden.

Ein besserer Ansatz für die On-Demand-Produktion wäre die Einrichtung eines digitalen Teilekatalogs, in dem die neuesten Versionen von CAD-Modellen sowie deren Produktionsanforderungen gespeichert sind.

Ein einziges Dateispeichersystem erleichtert das Auffinden der Konstruktionsdatei und aller notwendigen Informationen über das Teil, wie zum Beispiel der erforderliche Prozess und das Material.

Ein zusätzlicher Vorteil einer virtuellen Teileinventur ist die Möglichkeit, sich mit Ihren anderen Softwareanwendungen wie ERP und MES zu verbinden.

Die digitale Verknüpfung Ihrer virtuellen Bestands- und Produktionsmanagementsoftware hat zwei grundlegende Vorteile. Erstens ermöglicht es AM-Benutzern, Teile mit einem Klick auf eine Schaltfläche zu bestellen. Und zweitens können AM-Produktionsplaner sofort über den Auftrag informiert werden und Teile für die Produktion ohne langwieriges Hin und Her einplanen.

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Das Wachstum von Automotive AM durch Digitalisierung vorantreiben

Additive Fertigung hilft Automobilherstellern und Zulieferern, sich schneller an Veränderungen und Innovationen anzupassen. Um das Potenzial von AM voll auszuschöpfen, müssen Technologieanwender jedoch die Effizienz und Skalierbarkeit des 3D-Drucks sicherstellen.

Um das Wachstum von AM zu unterstützen, wenden sich zukunftsorientierte Automobilhersteller der Digitalisierung kritischer Workflow-Prozesse zu. Die Digitalisierung hat viele Vorteile für das AM-Betriebsmanagement zu bieten, darunter eine optimierte Bestell- und Produktionsplanung, integrierte Lieferketten und virtuelle Lagerbestände für die bedarfsgesteuerte additive Fertigung.

Um das Beste aus der Digitalisierung herauszuholen, muss sie jedoch auf einer zentralisierten Plattform basieren, die verschiedene Teile des AM-Betriebs für vollständige Transparenz und Rückverfolgbarkeit verbinden kann.

Eine solche Plattform findet sich im additiven MES. Während Automobilunternehmen die Produktentwicklung beschleunigen und mithilfe von 3D-Druck optimierte Autoteile einführen, helfen ihnen digitale Lösungen wie MES, dies effizienter zu tun und eröffnen Möglichkeiten für bessere Entscheidungsfindung, Prozessoptimierung und skalierbares Wachstum.

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