5 Vorteile des 3D-Drucks für die Konsumgüterindustrie (2021 Update)

Außerdem Beispiele für die Technologie in Aktion.
Wussten Sie, dass 76 Prozent der Konsumgüterunternehmen verwenden bereits 3D-Druck?

Konsumgüterunternehmen wagen den Sprung in den 3D-Druck, um kundenorientiertere Dienstleistungen und Produkte kostengünstig anzubieten.

Da der 3D-Druck zunehmend von Verbrauchermarken übernommen wird, tauchen wir in die Vorteile der Technologie ein und untersuchen, wie sechs Konsumgütersegmente den 3D-Druck heute einsetzen.

5 Vorteile des 3D-Drucks für Konsumgüterunternehmen 

1. Beschleunigte Entwicklungszyklen 

Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung von Prototypen viel schneller als mit herkömmlichen Fertigungstechniken wie CNC.

In einem Beispiel hat der 3D-Druck dem Konsumverpackungsunternehmen Toly geholfen, die Entwicklungszeit von Monaten auf Tage zu verkürzen. Bei CNC, das das Unternehmen vor dem 3D-Druck für Prototypen einsetzte, konnte die Zeit vom Entwurf bis zum Prototyp bis zu 3 Wochen dauern. Stellen Sie sich dann vor, wie lange es dauern würde, wenn das Unternehmen drei oder mehr Iterationen durchführen möchte.

Der 3D-Druck beschleunigt den Prozess der Bewertung von Designkonzepten und der Durchführung von Änderungen, sodass Toly über Nacht Prototypen herstellen und am nächsten Tag testen kann.

Eine Technologie, die Verbrauchermarken im Rahmen der Designvalidierungsphase anwenden, ist der Multi-Material-3D-Druck. Diese Technologie ermöglicht es ihnen, Prototypen mit verschiedenen Texturen und Farben zu erstellen, die das Aussehen und die Haptik des Endprodukts nachbilden.

2. Größere Designflexibilität

Der 3D-Druck ermöglicht Unternehmen maximale Designfreiheit bei der Herstellung komplexer Geometrien, die mit herkömmlichen Verfahren nicht hergestellt werden können.

Die Fähigkeit, komplexe Features zu produzieren, hat bereits zu innovativen Produkten geführt, wie Schuhzwischensohlen mit eingearbeiteten Gitterstrukturen oder Fahrradteilen, die auf Festigkeit und Haltbarkeit optimiert sind.

3. Anpassung

Von personalisierten Kopfhörern bis hin zu maßgeschneiderten Schuhen ist Individualisierung ein Begriff in aller Munde.

Trotz des Hypes bleibt die Anpassung jedoch einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks für Konsumgüter.

Der 3D-Druck schafft neue anpassbare Möglichkeiten, da keine teuren Werkzeugänderungen aufgrund individueller Spezifikationen erforderlich sind.

Beim 3D-Druck werden die Konstruktionsdaten werkzeuglos an einen 3D-Drucker übertragen, sodass ein Hersteller nur die Maschine selbst verwendet.

Dies bedeutet auch, dass die Komplexität, die mit der Anpassung einhergeht, keine zusätzlichen Kosten verursacht. Ein 3D-Drucker benötigt nicht mehr Zeit, Energie oder Material, um eine komplexe Form herzustellen als eine einfache, und ohne Werkzeuge bedeutet das Drucken einer Vielzahl von Designs, dass keine zusätzlichen Produktionskosten erforderlich sind.

4. Werkzeugbau

Auch die Herstellung von Werkzeugen und Spritzgussformen kann vom 3D-Druck profitieren. Neununddreißig Prozent der von EY befragten Konsumgüterunternehmen sehen den Wert der Verbesserung der traditionellen Fertigung mit 3D-gedruckten Werkzeugen.

Unilever verwendet beispielsweise den 3D-Druck für Spritzgusswerkzeuge und produziert Prototypenteile im Endmaterial für Funktions- und Verbrauchertests. Der Einsatz der Technologie für Formen hilft dem Unternehmen, die Vorlaufzeiten für Prototypen um 40 Prozent zu verkürzen.

In einem anderen Beispiel verwendet die Estée Lauder Companies (ELC) die neueste 3D-Drucktechnologie, um die Fertigung in ihrer Produktionsstätte in Whitman in Großbritannien zu modernisieren, wo viele ihrer prestigeträchtigen Hautpflegemarken und die Düfte von Jo Malone London hergestellt werden.

Bei der Herstellung der 30-ml-Duftflaschen von Jo Malone London beispielsweise werden neue 3D-gedruckte Vorrichtungen als Qualitätssicherungstool für die Etikettenausrichtung auf den Flaschen verwendet, was Zeit und Kosten spart.

Dank des Einsatzes der Technologie kann das Unternehmen auch neue Maschinenteile in Stunden statt in Wochen oder Monaten konstruieren und testen, und das für nur wenige Dollar pro Teil anstelle von Tausenden von Dollar.

5. Nachhaltigkeit

Das 3D-Druckverfahren arbeitet additiv und fügt Materialschichten hinzu, um ein Teil herzustellen – im Gegensatz zur traditionellen, subtraktiven Fertigung. Dank dieses Verfahrens kann der 3D-Druck Materialverschwendung deutlich reduzieren und so den Herstellungsprozess nachhaltiger gestalten.

>>Weitere Informationen zu Nachhaltigkeit im 3D-Druck

Nike hat die Möglichkeiten der Abfallreduzierung demonstriert:Durch den Einsatz von 3D-Druck in seinen FlyKnit-Schuhen konnte das Unternehmen im Vergleich zu herkömmlichen Cut-and-Sew-Verfahren bis zu 60 Prozent weniger Abfall produzieren.

Wie Konsumgütersegmente den 3D-Druck im Jahr 2020 einsetzen

Schuhe

Die Möglichkeiten des 3D-Drucks in der Schuhindustrie sind enorm:Das Segment könnte innerhalb des nächsten Jahrzehnts zum größten Segment von 3D-gedruckten Konsumgütern werden.

Große Schuhmarken erkunden bereits die Möglichkeiten des 3D-Drucks für Schuhe, angetrieben von dem Wunsch, ihren Kunden neue Erfahrungen zu bieten.

Die Realität der heutigen Verbraucherlandschaft ist, dass Verbraucher personalisierte Erlebnisse wünschen.

Als Reaktion darauf erlauben viele Schuhunternehmen ihren Kunden, Schuhe mit einem begrenzten Maß an Individualisierung zu bestellen, indem sie beispielsweise eine begrenzte Auswahl an Farben anbieten.

Der 3D-Druck hingegen ermöglicht es Unternehmen, eine neue Ebene der Individualisierung zu erschließen, da Schuhe speziell auf den Träger zugeschnitten werden können.

Ein Beispiel für diesen Ansatz in der Praxis sind die maßgeschneiderten 3D-gedruckten Schuheinlagen von Dr. Scholl.

Durch die Partnerschaft mit dem Technologieunternehmen Wiivv bietet Dr. Scholl’s eine Anpassungs-App an, die einen genauen Scan der Füße eines Kunden erstellt. Um sicherzustellen, dass der Scan erfolgreich ist, müssen Kunden einige Fotos ihrer Füße aus verschiedenen Blickwinkeln machen.

Die Scan-Technologie in der App erstellt dann benutzerdefinierte Einlegesohlen, basierend auf 400 Mapping-Punkten von jedem Fuß. Durch diesen Vorgang, der weniger als 5 Minuten dauert, können Einsätze so gestaltet werden, dass sie für jeden Kunden individuell passen.

Nachdem das 3D-Design erstellt wurde, werden personalisierte Einlegesohlen 3D-gedruckt und innerhalb von 14 Tagen für 99 US-Dollar an die Haustür des Kunden geliefert. Darüber hinaus können Verbraucher die App verwenden, um der 3D-gedruckten Einlegesohle verschiedene Designs hinzuzufügen, die ihren persönlichen Vorlieben entsprechen.

Neben personalisierten Einlegesohlen untersuchen Unternehmen wie Adidas, Nike und New Balance, wie der 3D-Druck von der Herstellung von Zwischensohlen und Schuhoberteilen profitieren kann.

Trotz der Fortschritte machen die Einnahmen aus dem 3D-Druck von Schuhen weniger als 1 Prozent der weltweiten Einnahmen auf dem Schuhmarkt aus.

Dies bedeutet, dass der Einsatz von 3D-Druck in Schuhen nach wie vor begrenzt bleibt, hauptsächlich weil die Technologie derzeit nicht skalierbar ist, um den intensiven und hochproduktiven Anforderungen der Schuhindustrie gerecht zu werden.

Allerdings werden die Trends in der digitalen Fertigung und die Nachfrage nach personalisierten Erlebnissen Schuhmarken weiterhin dazu bringen, die Möglichkeiten des 3D-Drucks weiter zu erkunden und Wege zu finden, die Technologie in großem Maßstab anzuwenden.

Schmuck und Accessoires

Der Wert von Edelmetallen für AM wird laut SmarTech Analysis bis 2028 weltweit voraussichtlich 1,8 Milliarden US-Dollar erreichen. Vor diesem Hintergrund zählen Schmuck, Accessoires und Dekorationsgegenstände zu den erfolgreichsten Anwendungen des 3D-Drucks in der Konsumgüterindustrie.

Innerhalb dieser Segmente kann der 3D-Druck sowohl für direkte als auch indirekte Fertigungsanwendungen eingesetzt werden. Bei der indirekten Herstellung wird mithilfe von 3D-Druck eine Wachsform hergestellt, die dann beim Wachsgießen verwendet wird. Dieses Verfahren spart Zeit, Energie und hohe Kosten beim Schnitzen von Modellen von Hand.

So konnte beispielsweise das kanadische Schmuckunternehmen Vowsmith, das auf maßgeschneiderte Ringe spezialisiert ist, seine Produktions- und Lieferzeiten durch die Integration von 3D-Druckern für die Wachsformherstellung um 50 % verkürzen. In einem einzigen Druck kann das Unternehmen zwischen 35 und 40 personalisierte Ringmuster produzieren, die zum Gießen bereit sind.

Auch der direkte 3D-Druck mit Edelmetallen ist möglich, allerdings bleibt die Zahl der 3D-Drucksysteme, die Edelmetalle verarbeiten können, begrenzt.

Das österreichische Schmuckunternehmen BOLTENSTERN hat den direkten 3D-Druck verwendet, um Schmuckstücke wie Armbänder, Ohrringe, Halsketten und Manschettenknöpfe herzustellen.

In Zusammenarbeit mit COOKSONGOLD, einem Anbieter von Edelmetallpulvern, hat BOLTENSTERN die AM-Technologie auf Metallpulverbasis verwendet, um seine Schmuckkollektion „Embrace“ zu kreieren. Laut dem Schmuckhersteller ist dies die erste kommerzielle Kollektion auf dem Markt, die direkt in Gold und Platin in 3D gedruckt wird.

Brillen

Der 3D-Druck gibt Brillendesignern mehr Freiheit bei der Kreation neuer Looks. Designer können mit neuen Formen und Texturen experimentieren, die mit traditionellen Techniken schwierig und in vielen Fällen wirtschaftlich unrentabel wären.

Gleichzeitig ermöglicht die Technologie den Brillenmarken, ihren Kunden mehr Möglichkeiten bei der Gestaltung des Brillengestells zu bieten. Die Optionen können verschiedene Formen, Farben und Texturen umfassen.

Hoet Design Studio, ein belgischer High-End-Brillenhersteller, ist ein Unternehmen, das mit Hilfe des 3D-Drucks eine Brillenkollektion entwickelt hat.

Die Kollektion Hoet Couture umfasst fünf Modelle, die mit Laserschmelztechnologie hergestellt werden. Ein vorderer Teil des Glasrahmens besteht aus Titan mit einer netzartigen geometrischen Struktur, die durch keine andere Technik als den 3D-Druck hergestellt werden könnte.

Obwohl viele Unternehmen Vorreiter beim Brillen-3D-Druck sind, ist die Technologie noch nicht serienreif und wird hauptsächlich zur Herstellung kleiner Produktserien verwendet. Aber auch mit kleinen Auflagen können sich Brillenmarken differenzieren und neue, weitgehend unerschlossene Wege gehen, wie zum Beispiel maßgeschneiderte 3D-gedruckte Brillenfassungen.

Fahrradherstellung

Der 3D-Druck bietet eine Reihe einzigartiger Vorteile für die Fahrradproduktion, weshalb eine Handvoll spezialisierter Fahrradhersteller bereits 3D-gedruckte Komponenten in ihre Produkte integrieren.

Während einige Unternehmen 3D-Druck verwenden, um die Kosten traditionell teurer Carbon- und Titanfahrräder zu senken, experimentieren andere mit neuen Formen, um die Fahrradleistung zu steigern.

So hat sich beispielsweise der britische Fahrradhersteller Empire Cycles mit dem 3D-Druckerhersteller Renishaw zusammengetan, um einen topologisch optimierten Fahrradrahmen aus Titan zu entwickeln. Renishaw hat ein neues Rahmendesign entwickelt, das 33 Prozent leichter ist als das Original.

Ein leichtes Fahrrad bietet dem Radfahrer eine Reihe von Vorteilen. Erstens ermöglicht es Radfahrern, schnellere Geschwindigkeiten zu erreichen und leichter bergauf zu fahren. Zweitens reagiert ein leichteres Fahrrad besser auf die Bewegungen des Fahrers⁠ – was Wettbewerbsfahrern entscheidende Vorteile bietet.

Und obwohl wir noch weit davon entfernt sind, 3D-Druck für die Massenproduktion in der Fahrradindustrie zu sehen, ist klar, dass irgendwann mehr Marken auf den 3D-Druck-Zug aufspringen werden, um ihren Gewinn zu steigern und das Kundenerlebnis zu verbessern.

Schönheit und Kosmetik

Der 3D-Druck hält auch Einzug in die Beauty-Branche. Das französische Modeunternehmen Chanel ist ein Unternehmen, das das Potenzial des 3D-Drucks demonstriert und 2018 die weltweit erste 3D-gedruckte Mascara-Bürste auf den Markt gebracht hat. 

Die Révolution Volume Mascara-Bürste wurde mit SLS hergestellt, einer Technologie, die einen Laserstrahl verwendet, um Schichten aus Polyamidpulver zu verschmelzen.

Beim 3D-Druck wurde das Design der Bürste optimiert – beispielsweise verbessert die raue, körnige Textur die Haftung der Mascara an den Wimpern.

Obwohl der 3D-Druck in der Kosmetikindustrie neu sein mag, zeigen Pioniere wie Chanel, wie die Technologie die Herstellung von Kosmetikprodukten verändern könnte.

Unterhaltungselektronik

Während 3D-gedruckte Elektronik noch in den Kinderschuhen steckt, sind kundenspezifische Elektronikgehäuse, USB-Stick-Hüllen und Tastaturen bereits Realität. 3D-Druck kann verwendet werden, um elektronische Gehäuse mit einer personalisierten Note, mit komplexen Formen und verschiedenen Farben, Grafiken und Größen zu erstellen.

Das niederländische Unternehmen Moogue hat in diesem Bereich bereits Erfolge erzielt. Moogue bietet einen Online-Konfigurator, mit dem Kunden 3D-gedruckte Handyhüllen individuell anpassen können, indem sie aus einer Vielzahl von Farben, Bildern und Mustern wählen.

Herausforderungen des 3D-Drucks für die Konsumgüterindustrie

Während Konsumgüterhersteller zunehmend die Vorteile des 3D-Drucks erkennen, gibt es noch Herausforderungen bei der Implementierung der Technologie.

Zugegeben, die Akzeptanzraten des 3D-Drucks in der Konsumgüterindustrie sind immer noch relativ gering, insbesondere im Vergleich zu Pionierbranchen wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizin.

Für die meisten Konsumgüterunternehmen ist die Implementierung einer 3D-Druck-Produktionslinie zumindest vorerst nicht wirtschaftlich. Zum einen können die Produktionsmengen im 3D-Druck derzeit nicht mit denen der konventionellen Fertigung mithalten.

Mit Technologien wie Carbons Digital Light Synthesis, Metal Binder Jetting und HPs Multi Jet Fusion, die alle die Grenzen der Produktionsgeschwindigkeit und des Volumens verschieben, kann ein kommerziell skalierbares Produktionssystem jedoch durchaus im Bereich des Möglichen liegen.

Mit 3D-Druck einen Wettbewerbsvorteil aufbauen 

Da der 3D-Druck skalierbarer wird, werden in diesem Jahrzehnt mehr Konsumgüterunternehmen den 3D-Druck pilotieren. Dies wird dazu beitragen, die Anwendungen und Produkte zu identifizieren, die am meisten von der Technologie profitieren können, sodass Unternehmen sie in ihre Produktionsabläufe einführen können.

Die erfolgreiche Einführung des 3D-Drucks in die Produktion erfordert jedoch auch, dass Konsumgüterunternehmen Lösungen wie MES-Software integrieren, die dabei helfen, den Workflow durchgängig zu verwalten.

Digitale Prozesse, wie der 3D-Druck, benötigen die digitalen Tools, mit denen Sie mehr Aufträge bearbeiten und die Vorgänge transparent machen können, selbst wenn diese über mehrere Standorte verstreut sind.

Alles in allem wird der 3D-Druck eine der Schlüsseltechnologien sein, die neue Trends im Konsumgüterbereich von wegweisenden Designs bis hin zur Massenindividualisierung bestimmt. Unternehmen müssen jetzt handeln, wenn sie diese Trends anführen und ihren Wettbewerbsvorteil ausbauen wollen.