Industrie 4.0 & verteilte Fertigung treiben nachhaltige Produktion

Hersteller setzen Technologien wie 3D-Druck ein, um Produktion lokal zu verlagern, nachhaltigere Materialien zu nutzen und Abfall zu reduzieren.

Die aktuelle Pandemie zeigte viele neue und bestehende Herausforderungen in globalen Lieferketten: Fabriken, die durch Lockdowns schließen mussten, Notwendigkeit zum Umrüsten vieler Produktionslinien, weltweite Störungen von Luftfracht und Seeversorgungslinien.

Während die meisten Fabriken in vielen Ländern, besonders Asien, den Normalbetrieb wiederaufnahmen, hinterließen veränderte Vertriebswege für Schutzausrüstung leere Shipping-Container an ungewöhnlichen Orten. Das Einsammeln ist kostspielig, Hersteller stehen vor zusätzlichen Versandkosten und Verzögerungen bei Lieferung an Kunden und Distributionszentren.

Hersteller freuten sich über Outsourcing, wollen Produktion jetzt zurückholen

2010 schrieb der spätere Andy Grove, Ex-Intel-CEO, in Businessweek: "Amerikanische Unternehmen entdeckten, dass sie Fertigung und sogar Engineering günstiger overseas erledigen konnten. Margen verbesserten sich. Management und Aktionäre waren glücklich. Wachstum fortgesetzt, noch profitabler. Aber die Jobmaschine begann zu stottern."

Asiatische Hersteller lernten schnell und starteten Industrie in Schlüsselkomponenten: LCDs, Spritzguss (Folge massiver Investitionen in Spielzeugherstellung in China), Li-Ionen-Batterien, Wireless-Karten, Controller-Boards, Flex-Schaltungen etc. US-Firmen waren nur zu gerne dabei, glaubten, sie hielten High-End-Design und Engineering innovativer Produkte in Händen.

Jetzt, da viele Fabriken um Komponenten ringen, suchen OEMs innovative Technologien, um Produktion näher an ihre Märkte zu bringen.

Technologien wie 3D-Druck und Laserschneiden ermöglichen lokale Produktion limitierter Serien zu Preisen, die mit Spritzguss und Wasserstrahlschneiden konkurrieren.

Im vergangenen Jahrzehnt entwickelte sich 3D-Druck von experimenteller Technologie für sehr limitierte Produktion zu Technologie für große Mengen spezialisierter Teile für diverse Branchen.

Große Konzerne, besonders Consumer Electronics, lagern seit Jahren Teile der Neuproduktentwicklung aus – besonders Prototyp-Design und Verpackung. Jetzt fragen kleinere Unternehmen, initially zögerlich bei externer Kollaboration, nach 3D-Druck-Code-Entwicklung, Produktvalidierung, Outdoor-Testing neuer Produkte durch externe Supplier.

"Seit frühen Lockdowns gab es einen Shift in unserer Arbeit für mehrere Kunden, besonders mittelgroße bis große Unternehmen. Da Reisen und üblicher Arbeitsplatz vermieden werden sollen, bitten Teleworking-Mitarbeiter und Entwicklungsteams aus dem Ausland uns, Designs und Prototypen zu entwickeln", sagt David Tena, Inhaber des FabCafe in Barcelona. "Beispiel: Für ein Chicago-basiertes Unternehmen designen wir ein Gehäuse für ein Elektronikgerät, koordinieren mit deren Elektronik-Team, teilen Änderungen und Verbesserungen, die wir beide machen, und 3D-drucken Iterationen zum physischen Test."

Neue Materialien ermöglichen nachhaltigere Produktion und Abfallreduktion

3D-Druck für Industrie ermöglicht Produktion vieler geometrischer Strukturen und vereinfacht Produktdesign. Er ist auch relativ umweltfreundlich. In Low-to-Medium-Volume-Produktion verkürzt er Lead Times und senkt Gesamtproduktionskosten.

Beim 3D-Druck ist – anders als bei traditioneller Fertigung – Stückkosten nicht volumenabhängig. 3D-Druck erlaubt gleiche Teile mit exakt gleichen Specs weltweit zu produzieren – spart Transportkosten, macht Produktion nachhaltiger. Auch, da industrielle 3D-Drucker günstiger und schneller werden, werden Lagerhaltung und große Inventare weniger kritisch, da Teile on-demand gefertigt werden können.

Aktuell nutzen die meisten industriellen 3D-Drucker Polyamide wie PA11 und PA12. Diese High-End-Kunststoffe sind Materialwahl für Anwendungen, wo Sicherheit, Haltbarkeit, Zuverlässigkeit kritisch sind. Sie fertigen zuverlässige Teile für Auto, Medizintechnik, Sport, Luftfahrt. PA11 ist Bio-Polyamid, 100 % aus Recyclingmaterial – essenziell für Circular-Economy-Initiativen. Bis vor kurzem machten hohe Preise diese Materialien zu teuer für Low-Cost-Consumer-Goods.

HP und andere nutzen nun Materialien wie Hochtemperaturglas und Metalle.

Zudem ist es jetzt möglich, grundlegende elektronische Schaltungen auf 3D-gedruckten Teilen zu drucken. Neuheit: 3D-Elektronik eingebettet in Objekte. Für fast null marginale Inkrementalkosten können Sie Sensoren einbauen. Jedes Item kann Stromleitungen, Signalleitungen, Sensoren im 3D-gedruckten Teil eingebettet haben.

"Dass Industry 4.0 ökonomisch verteilte Fertigung ermöglicht, heißt: Sie können ändern, wie Sie Produkte bauen und vertreiben", sagte Ramón Pastor, VP & General Manager 3D Printing, HP, im Interview mit IoT Times. "Schätzungen: Bis zu die Hälfte des weltweit verbrauchten fossilen Treibstoffs wird für Transport von Produktions- zu Verbrauchsort genutzt. Industry 4.0, Digital Manufacturing und 3D-Druck ermöglichen Paradigmenwechsel zu verteilter Fertigung: Sie fertigen, was Sie brauchen, wann Sie es brauchen, neben der Nachfrage."