Industrie 4.0 und verteilte Fertigung ermöglichen eine nachhaltigere Produktion

Hersteller nutzen Technologien wie den 3D-Druck, um einen Teil der Produktion lokal zu verlagern, nachhaltigere Materialien zu verwenden und Abfall zu reduzieren.

Die aktuelle Pandemie hat viele neue und bestehende Herausforderungen in der weltweiten Lieferkette aufgezeigt, von Fabriken, die aufgrund von Sperrungen geschlossen werden mussten, der Notwendigkeit, viele Produktionslinien umzurüsten, bis hin zu weltweiten Unterbrechungen der Luftfracht- und Schiffsversorgungsleitungen.

Während die meisten Fabriken in vielen Ländern, insbesondere in Asien, den normalen Betrieb wieder aufgenommen haben, haben die für die Lieferung der erforderlichen Schutzausrüstung erforderlichen Vertriebsänderungen leere Versandbehälter an ungewöhnlichen Orten hinterlassen. Das Sammeln dieser Behälter ist kostspielig, und Hersteller sehen sich jetzt mit zusätzlichen Versandkosten und Verzögerungen beim Versand ihrer Produkte an ihre Kunden und Vertriebszentren konfrontiert.

Hersteller waren froh, die Produktion an einen anderen Ort zu verlagern, aber jetzt wollen sie sie wieder zu Hause haben

Im Jahr 2010 schrieb der verstorbene Andy Grove, ehemaliger CEO von Intel, in Businessweek:„Amerikanische Unternehmen entdeckten, dass sie ihre Fertigung und sogar ihr Engineering billiger im Ausland durchführen lassen konnten. Als sie dies taten, verbesserten sich die Margen. Das Management war zufrieden, die Aktionäre auch. Das Wachstum ging weiter, noch profitabler. Aber die Jobmaschine fing an zu stottern.“

Asiatische Hersteller lernten schnell und begannen ihre Industrie mit Schlüsselkomponenten wie LCDs, Spritzguss (ein Ergebnis der massiven Investitionen in die Spielzeugherstellung in China), Lithium-Ionen-Batterien, drahtlosen Karten, Steuerplatinen, flexiblen Schaltkreisen usw. US-Firmen waren nur allzu gerne, weil sie dachten, sie hätten immer noch das High-End-Design und die Konstruktion innovativer Produkte in ihren Händen.

Jetzt, wo viele Fabriken sich bemühen, die benötigten Komponenten zu bekommen, suchen viele OEMs derzeit nach innovativen Technologien, um die Produktion näher an ihre Märkte zu bringen.

Technologien wie 3D-Druck und Laserschneiden ermöglichen die lokale Produktion von Kleinserien zu Preisen, die mit Spritzguss und Wasserstrahlfertigung konkurrieren können.

In den letzten zehn Jahren hat sich der 3D-Druck von einer experimentellen Technologie, die nur für sehr begrenzte Produktionen verwendet wird, zu einer Technologie entwickelt, mit der große Mengen spezialisierter Teile für verschiedene Branchen hergestellt werden können.

Große Unternehmen, insbesondere im Unterhaltungselektronikmarkt, lagern seit Jahren einige neue Produktentwicklungsaufgaben aus, insbesondere für das Prototypendesign und die Verpackung. Jetzt fordern kleinere Unternehmen, die anfangs zögerten, Außenstehende an neuen Produkten mitarbeiten zu lassen, Dinge wie die Entwicklung von 3D-Druckcodes, Produktvalidierung und Outdoor-Tests neuer Produkte von externen Lieferanten durchführen zu lassen.

„Seit den frühen Lockdowns hat sich die Arbeit, die wir für mehrere Kunden leisten, insbesondere für mittlere und große Unternehmen, verändert. Jetzt, wo es empfohlen wird, Reisen und den Weg zum üblichen Arbeitsplatz zu vermeiden, bitten uns Telearbeiter und Entwicklungsteams aus dem Ausland, Designs und Prototypen zu entwickeln“, sagt David Tena, Inhaber des FabCafe in Barcelona. „Zum Beispiel entwerfen wir für ein in Chicago ansässiges Unternehmen ein Gehäuse für ein elektronisches Gerät, koordinieren es mit seinem elektronischen Entwicklungsteam, teilen die Änderungen und Verbesserungen, die wir beide vornehmen, und drucken die Iterationen in 3D, um sie physisch zu testen.“

Neue Materialien ermöglichen eine nachhaltigere Produktion und Abfallreduzierung

Der 3D-Druck für die Industrie ermöglicht die Herstellung vieler geometrischer Strukturen und vereinfacht den Produktdesignprozess. Es ist auch relativ umweltfreundlich. Bei der Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen können die Vorlaufzeiten und Gesamtproduktionskosten gesenkt werden.

Anders als bei der traditionellen Fertigung sind beim 3D-Druck die Stückkosten nicht volumenabhängig. Der 3D-Druck ermöglicht auch die Herstellung der gleichen Teile mit genau den gleichen Spezifikationen überall auf der Welt, wodurch zusätzliche Transportkosten eingespart und die Produktion nachhaltiger gestaltet werden. Da industrielle 3D-Drucker billiger und schneller werden, wird auch der Bedarf an Lagerhaltung und großen Lagerbeständen weniger kritisch, da Teile nach Bedarf hergestellt werden können.

Derzeit verwenden die meisten industriellen 3D-Drucker Polyamide wie PA11 und PA12. Diese High-End-Kunststoffe sind die Materialien der Wahl für Anwendungen, bei denen Sicherheit, Haltbarkeit oder Zuverlässigkeit entscheidend sind. Sie werden zur Herstellung zuverlässiger Teile für Branchen wie die Automobil-, Medizin-, Sport- und Luftfahrtindustrie verwendet. PA11 ist ein Bio-Polyamid, das zu 100 % aus recycelten Materialien besteht und zur Unterstützung von Kreislaufwirtschaftsinitiativen unerlässlich ist. Bis vor Kurzem waren diese Materialien aufgrund ihres hohen Preises zu teuer für preisgünstige Konsumgüter.

HP und andere Hersteller verwenden jetzt andere Materialien wie Hochtemperaturglas und einige Metalle.

Darüber hinaus ist es jetzt möglich, grundlegende elektronische Schaltungen auf 3D-gedruckte Teile zu drucken. Die Neuheit hier ist das Drucken von 3D-Elektronik, die in Objekte eingebettet ist. Daher können Sie zu nahezu null Zusatzkosten Sensoren einbauen. Jeder Artikel kann Stromleitungen, Signalleitungen und Sensoren haben, die in das 3D-gedruckte Teil eingebettet sind.

„Die Tatsache, dass Industrie 4.0 eine verteilte Fertigung wirtschaftlich ermöglicht, bedeutet, dass Sie die Art und Weise, wie Sie Produkte herstellen und vertreiben, ändern können“, sagte Ramón Pastor, Vice President und General Manager, 3D Printing, HP, in einem Interview mit der IoT Times. „Es gibt einige Schätzungen, dass bis zur Hälfte des Brennstoffs, in diesem Fall fossiler Brennstoff, der weltweit verbraucht wird, um Produkte von ihrem Herstellungsort zu ihrem Verbrauchsort zu transportieren. In diesem Sinne ermöglicht uns die Kombination aus Industrie 4.0, digitaler Fertigung und 3D-Druck, dieses Paradigma zu ändern und zur verteilten Fertigung überzugehen, d. h. Sie stellen im Grunde das her, was Sie in dem Moment brauchen, in dem Sie es brauchen, und zwar dort, wo die Nachfrage ist. ”