Drei digitale Fertigungstrends für 2020

Gegen Ende des Jahres 2019 verlangsamen sich die Technologien hinter der Massendigitalisierung überhaupt nicht.

Innerhalb der nächsten fünf Jahre sollen 85 % der Industrieunternehmen Industrie 4.0-Technologien in allen wichtigen Geschäftsbereichen implementiert haben. Der Trend führt zu praktischen digitalen Anwendungen, die erst jetzt sichtbar werden.

Aufgrund einer Vielzahl von Herausforderungen war die Fertigungsindustrie bei der Umsetzung umfassender Digitalisierungsbemühungen träge. Die wenigen Führungskräfte, die sich an die Grenzen der digitalen Transformation gewagt haben, haben den Grundstein für den Rest gelegt.

Der Mainstream-Ansatz war eher „Abwarten“ als „Volldampf voraus“. Infolgedessen kollidieren die Erwartungen der Produktingenieure mit der Mentalität der Hersteller.

Hersteller haben neue Technologien in der Vergangenheit nur langsam eingeführt, aber 2020 wird wahrscheinlich ein Jahr der weit verbreiteten digitalen Einführung sein. Die Funken haben sich überschlagen und mit Ausreißern, die den Status quo in Frage stellen, wird die Branche vorangetrieben.

„Angesichts des rasanten technologischen Wandels müssen Hersteller ihre Pläne für die Transformation zu Industrie 4.0 zukunftssicher machen oder riskieren, hinter ihre Konkurrenten zurückzufallen“, heißt es im Bericht von McKinsey aus dem Jahr 2019 über „Zukunftssichere digitale Fertigungstransformation“.

Ingenieure sind im Kern offen für Innovation und Technologie. Gleichzeitig erfordert die Art des Prozesses, dass sie auf mehreren Ebenen der Lieferkette mit Branchen zusammenarbeiten, die nicht immer dieselbe Denkweise haben. Für sie bedeutet die Digitalisierung der Fertigung, dass sie zeit-, energie- und kostensparende Anstrengungen in den gesamten Produktionsprozess einbetten können.

Hier sind die drei wichtigsten Antriebstechnologien, die wir im Jahr 2020 erwarten, und wie sie Ingenieure befähigen werden:

Online und On-Demand

Mithilfe digitaler Plattformen, die den gesamten Prozess durch ein Netzwerk verteilter Partner erleichtern, experimentieren Online-Hersteller im vergangenen Jahr mit neuen Materialien und innovativen Geschäftsmodellen.

Durch die Schaffung eines Ökosystems von Qualitätsherstellern müssen Ingenieure nur ihre computergestützten Konstruktionen (CADs) hochladen, um Material, Oberflächenbeschaffenheit, Gewindebohrungen, Toleranzen und Vorlaufzeit in die Cloud zu spezifizieren. Die Plattform bestätigt dann das Design und ein Mitglied des verteilten Netzwerks mit Fertigungskapazitäten für das spezifische Teil wird das Projekt übernehmen.

Neben dem 3D-Druck von Kunststoffen und Metallen bieten Online-On-Demand-Fertigungsunternehmen Suiten mit einer Vielzahl von Prozessen an, darunter CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control), Blechfertigung, Spritzguss und Urethanguss. Mit der Möglichkeit, online auf diese Herstellungsmethoden zuzugreifen, wird die bedarfsgesteuerte Teilefertigung zu einer praktikableren Herstellungsmethode.

Obwohl diese Branche noch in den Kinderschuhen steckt, ist das Potenzial, das sie für Ingenieure erschließt, enorm. Traditionell wird die Teileproduktion durch lange Vorlaufzeiten zur Angebotsfreigabe, internationale Transporte und die Notwendigkeit hoher Mindestbestellmengen behindert, die alle Kosten und Ausfallzeiten erhöhen. Durch die Reduzierung dieser Hindernisse ermöglicht die Online-On-Demand-Fertigung den Ingenieuren, ohne Kompromisse beim Design zu liefern.

Im kommenden Jahr erwarten wir, dass sich mehr Ingenieure der On-Demand-Fertigung zuwenden als ein Weg, um große Schmerzpunkte zu lösen. Dies wird wahrscheinlich zu einem verstärkten Wettbewerb in dieser Branche sowie zu einer Konsolidierung der Marktführer auf breiter Front führen. Dies wird letztendlich dazu führen, dass Plattformen neue Materialien einführen und mehr Hersteller in das verteilte Netzwerk einbinden, was zu einer größeren Auswahl für Ingenieure, weniger Ausfallzeiten und niedrigeren Kosten führt.

Weitere Partnerschaften, Joint Ventures

Hersteller haben es aufgrund ihrer Größe, globalisierten Lieferketten und fehlender klarer Zielsetzungen schwer, über die Testphase ihrer Digitalisierungsstrategien hinauszugehen. Dies beginnt sich zwar zu ändern, aber große Unternehmen hinken in der Regel hinterher, wenn es darum geht, eine wirklich digitale Denkweise in ihren Reihen zu übernehmen. Entscheidungsträger sind sich dessen bewusst und möchten digitales Know-how aus allen ihren Ökosystemen einbringen.

„Da Hersteller darüber nachdenken, Agilität in ihre Lieferketten zu integrieren, wird zunehmend klar, dass diese Bemühungen nicht isoliert erfolgen können“, heißt es im 2020 Manufacturing Industry Outlook von Deloitte. „Die Notwendigkeit, ein starkes Ökosystem zu kultivieren, ist ein sich abzeichnender Trend, und unsere Forschung zeigt, dass dies eine immer effektivere Strategie für Hersteller ist, insbesondere in Bezug auf die digitale Dynamik.“

Laut Deloitte wird sich dieser Trend im kommenden Jahr wahrscheinlich auf zwei verschiedene Arten auswirken. Erstens erkennen intelligente Fabriken – diejenigen, die an der Spitze des digitalen Wandels stehen – die Vorteile von Partnerschaften in ihren Ökosystemen und schaffen neue Geschäftsmodelle und einen deutlich höheren Wert für die Kunden als ihre Konkurrenten. Nachzügler, die sich zurückhaltend bewegt haben, versuchen nun, diesen Erfolg in ihren eigenen Firmen zu wiederholen. Zweitens sind diejenigen, die die Grenzen überschreiten, noch nicht fertig und werden wahrscheinlich ihre eigenen Ökosysteme weiter ausbauen, um Fähigkeiten zu beschaffen, die sie nicht intern haben.

Viele Marktführer nutzen diese Strategie, um ihre digitale Vision voranzutreiben. Angesichts des relativen Mehrwerts digitaler Fähigkeiten auf dem Markt, so Deloitte, „kann es wahrscheinlicher sein, dass 2020 eher Partnerschaften und Joint Ventures als direkte Übernahmen bringen wird.“

Der Zugang zu einem externen Ökosystem von Partnern ist unerlässlich, um die großen Talent- und Fähigkeitsdefizite vieler Hersteller auszugleichen. Daher ist es wahrscheinlich, dass wir ein Jahr voller Partnerschaften zwischen großen Unternehmen und innovativen digitalen Scale-ups erleben werden. Ingenieure werden von einem zunehmenden Fokus auf die Benutzererfahrung, interne Kommunikation und optimierte Customer Journeys profitieren.

3-D-Druck

Was als Technologie begann, die hauptsächlich für das Prototyping verwendet wurde, hat sich zu einer eigenen Branche entwickelt. Der 3D-Druck gilt als eine der disruptivsten aller Industrie-4.0-Technologien. Als Schlüsselelement dieser Revolution „entwickelt sich 3DP als praktikable Alternative sowohl für die Produktentwicklung als auch für die konventionelle Fertigung“, heißt es in einem PwC-Whitepaper von Ende letzten Jahres.

In den letzten Jahren hat die Einführung neuer Materialien die Branche vorangetrieben, und die Anwendungen explodieren. Ursprünglich stand nur eine kleine Auswahl an Kunststoffen für Druckprojekte zur Verfügung. Heute hat die Zugabe von Materialien wie Beton, Metall und Nanopartikel-Tinte das Innovationspotenzial exponentiell erweitert.

Mit dem Aufkommen von Druckern, die größer, schneller und komplizierter sind, haben Ingenieure die Möglichkeit, Objekte in einem viel größeren Maßstab als zuvor zu erstellen. Vier der bedeutendsten 3D-Drucke aus diesem Jahr sind:

• Das erste 3D-gedruckte menschliche Herz, in diesem Jahr in Israel gedruckt. Forscher der Universität Tel Aviv stellten das vaskularisierte künstliche Herz aus patienteneigenen Zellen und biologischen Materialien her.
• Die University of Maine hat kürzlich das größte 3D-gedruckte Boot fertiggestellt, einen zwei Tonnen schweren, 7,5-Meter-Kreuzer, einschließlich des größten jemals 3D-gedruckten massiven Teils.
• Die Engine von SpaceXs Crew Dragon wurde vollständig mit Metall-3D-Druck hergestellt. Entworfen, um das sicherste bemannte Raumfahrzeug zu sein, das jemals gebaut wurde, hat das Raumschiff 16 Missionen zur und von der Internationalen Raumstation absolviert.
• Der Preis für den 3D-Druck ganzer Häuser vor Ort ist dramatisch auf 4.000 bis 10.000 US-Dollar gesunken, wodurch Bedürftigen Zugang zu sicherem und erschwinglichem Wohnraum geboten wird.

Während 3D-Drucktechnologien für Materialien wie Metall und Beton in den letzten Jahren relativ teuer waren, hat ein kontinuierlicher Strom von Innovationen begonnen, sie in den Mainstream-Produktionsprozess zu integrieren.

Da die Drucker selbst in rasantem Tempo vorankommen, nähern sie sich dem, was die Industrie als den Heiligen Gral des 3D-Drucks betrachtet:den Multimaterialdruck, der es Ingenieuren ermöglicht, mit einer Kombination von Filamenten zu entwerfen.

Diese Druckmethode ist bereit, den größten Wert freizuschalten aller 3D-Drucktechniken. Es wurden Schritte unternommen, um Multi-Material-Druck in einer Prototyping-Umgebung einzuführen, und die Technologie wird voraussichtlich in den nächsten ein oder zwei Jahren kommerziell eingesetzt werden.

Langfristig werden diese Fortschritte den Ingenieuren mehr Gestaltungsfreiheit geben, die Prototypenproduktivität steigern und die Bereitstellung effektiver gestalten. Die Entwicklung der Materialien und der Maschinen selbst lässt Experten voraussagen, dass der Wert der 3D-Druckindustrie bis 2026 auf über 50 Milliarden US-Dollar steigen wird. und wir beginnen, 2020 als Basis für den beschleunigten Digitalisierungsprozess der Fertigungsindustrie zu sehen.

Filemon Schoffer ist Mitbegründer und CCO von 3D-Hubs, eine Online-Produktionsplattform.