3D-Druck im großen Maßstab integrieren: Caterpillars Roadmap zum Additive Manufacturing Erfolg

Da 3D-Druck über Rapid Prototyping hinausgeht, sind Unternehmen begierig, sein volles Potenzial freizusetzen. Doch die meisten Firmen zögern, einen vollständigen Additive Manufacturing (AM) Betrieb ab Tag eins zu starten.

Im Fall von Caterpillar begann die Reise 1991 mit Erwerb der ersten Stereolithografie-Maschine. Das System lebte in einem dedizierten Rapid-Prototyping-Lab, das bald zum Hub für Ingenieure über die Organisation wurde. Über 25 Jahre entwickelte sich das Lab vom Visualisierungstool zum strategischen Innovations-Treiber.

Die Geburt von AM bei Caterpillar

Während Rapid Prototyping wertvoll blieb, erkannte Leadership, dass additive Fertigung Produktdesign und Produktion aufwerten könnte. „Wir mussten über Rapid Prototyping hinausgehen und AM nutzen, um funktionale Teile zu schaffen“, erklärte Stacey DelVecchio, Senior Engineer bei Caterpillar. Die Herausforderung war klar: Wie eine neue Technologie in eine Belegschaft von rund 100.000 Mitarbeitern weltweit einbetten?

Nomadische Drucker, AM-Summits und Designwettbewerbe

Die Antwort lag in einem phasenweisen, Pilot-first-Ansatz. Caterpillar startete das „Nomadic Printer Program“, das sechs Industrieldrucker – uPrints, Fortus 250s, ein Objet-Drucker und ein HD Max – über US-Standorte verteilte. Lokale Ingenieure wurden befähigt, frei zu experimentieren, frühe Erfolge generierend und Neugier weckend: „Hey Stacey, was sollten wir als nächstes drucken?“, erinnert sie sich.

Um Wissen zu vertiefen, organisierte das Unternehmen einen AM-Summit mit Workshops, Talks und Fallstudien. Diese Sessions legten Grundstein für zukünftige „Design for Additive“-Workshops, wo Ingenieure AM-Prinzipien direkt in Produktentwicklung integrieren lernten.

Um die Mindset weiter einzubetten, hostete Caterpillar einen Designwettbewerb. Teilnehmer wurden herausgefordert, über Jigs und Fixtures hinauszugehen und Endteile zu designen, die durch AM verbessert werden könnten. Der Gewinner war ein Kugelrückschlagventil, das mehrere Komponenten in ein einzelnes Metallteil kombinierte – eine Lösung, die später firmenweit adoptiert wurde. Das Programm soll auf fünf weitere Wettbewerbe expandieren.

Die AM-Fabrik

2021 enthüllte Caterpillar seine Additive Manufacturing Factory am Global Research & Development Center in Mossville, Illinois. Die 10-Drucker-Anlage – einschließlich Carbon M1 und MicroFoundry – gibt der AM-Innovationsgruppe direkten Zugang zu R&D-Talent und einen sichtbaren Showcase für Executives und Besucher.

Initial bot die Factory kostenlose 3D-Druck-Services, doch die Neuheit führte zu untragbarer Nachfrage. Das Unternehmen wechselte zu einem Material-only-Modell, wo Nutzer nur für Verbrauchsmaterial zahlen. Nach Modellverfeinerung berechnet Caterpillar nun voll belastete Kosten, die Post-Prozess-Labor, Facility-Miete und Equipment-Abschreibung reflektieren.

Zukunft von AM bei Caterpillar

AM liefert bereits messbare Benefits. Durch Tochterfirma Solar Turbines produzierte Caterpillar sein erstes Endteil – einen Kraftstoffverwirbler mit einzigartiger Geometrie – via additiven Methoden. Das Unternehmen 3D-druckte auch 36 Kettenglieder in einem Prototyp-Lauf, sparend 160.000 $ in Labor und Zeit.

Im Aftermarket-Sektor druckte Caterpillar einen elastomeren Grommet mit Carbon M1, eine kritische Komponente, die Equipment für Jahrzehnte unterstützen wird. Die Strategie umfasst Digitalisierung des Inventars via 3D-Scanning und Erstellung eines virtuellen Inventars – Work in Progress, das größere Traceability und Kosteneinsparungen verspricht.

Partnerschaften spielen Schlüsselrolle beim AM-Scaling. Eine kürzliche Dreijahres-Kollaboration mit FIT AG fokussiert auf Aluminium- und Titan-Druck, während Caterpillar weiter Allianzen mit Lieferanten, Universitäten und anderen Innovatoren erkundet.

DelVecchio betont, dass die AM-Investition das Unternehmen bereits agiler gemacht hat, was schnelle Iteration selbst an komplexesten Maschinen erlaubt. Die Lektion für Großunternehmen: Groß denken, klein starten, schnell handeln.

Credits: Mehr über 3D-Druck bei CATERPILLAR.