3D-Druck : DMG Mori, Schneider Electric, Voestalpine: Wie der 3D-Druck die industrielle Wertschöpfungskette verändert

Stellen Sie sich eine Maschine vor, die Sie und Ihre Mitarbeiter noch nie bedient haben, stellen Sie sich eine Software vor, mit denen Sie oder Ihre Mitarbeiter noch nicht konstruiert haben, weil Sie es nicht können und Standards fehlen, stellen Sie sich Rohstoffe vor, die Sie oder Ihre Mitarbeiter noch nie eingekauft haben und nicht wissen, wie sie zu lagern sind und stellen Sie sich dazu die Prozesse in Ihrer aktuellen Fertigung vor – der 3D-Druck oder das additive Fertigen verändert bei Ihnen alles. „Es ist nicht ruhiger geworden in der Branche.

Vielmehr ist der mediale Hype etwas abgeflacht. Aber die Anlagenhersteller haben Wartezeiten für ihre Maschinen und in der Medizintechnik laufen neue Projekte an und auch in der Automobilindustrie bei BMW oder Daimler laufen Projekte. Es brummt“, berichtet Gerd Witt, Professor an der Universität Duisburg.

Die Industrie entdeckte in der jüngsten Vergangenheit die Chancen des 3D-Drucks für sich – im Kunststoff- und im Metallmarkt. Seitdem übertreffen sich Analysten und Experten mit gigantischen Wachstumszahlen für die Technologie. Manche erwarten ein Wachstum auf dem 3D-Markt um 45 Prozent, andere wie Philipp Jung von Hewlett Packard beziffern das Wachstum auf 30 Prozent und viele wollen daran mitverdienen.

Jung will mit HP, seinem Partner Siemens und den 3D-Drucktechnologien in den nächsten Jahren in die Produktionswelt, in den gigantischen rund 12.000.000.000.000 US-Dollar-Markt, in dem heute die 3D-Technologie noch einen sehr geringen Anteil hat. Kleinserien und Prototyping dominieren noch die Anwendungen, auch wenn immer mehr Unternehmen die Chancen für sich sehen. Der 3D-Druck ist eine disruptive Technologie, sie könnte manches in dem Billionenmarkt ersetzen - alles?

Dank ausgeprägtem Patentschutz gilt der Markt für 3D-Druck-Maschinen als gut versiegelt. Zukäufe sollen Zugang schaffen.

Der 3D-Druck und das additive Fertigen sind keine Erfindungen des europäischen Maschinenbaus und dementsprechend langsam bewegten sich viele Hersteller am Markt, auch weil Kundenprojekte zu Beginn rar waren. Das Problem vieler Anbieter am Markt: Die Technologien sind sehr streng mit Patenten geschützt und die Lizenzen sind teuer. Dazu kommt: Vielen klassischen Werkzeugmaschinenbauer fehlte oder fehlt bis heute das Personal, die Experten für additives Fertigen, denn nur wenige Hochschulen bilden in dieser Disziplin bereits aus. „Die kommen deshalb nicht so schnell in den Markt rein. Deshalb erwarte ich in den nächsten Jahren einige Zukäufe von Seiten der klassischen Werkzeugmaschinenbauern“, prophezeit Witt. EOS, Concept Laser oder SLM zählen zu den bekanntesten Anbietern auf dem Markt des additiven Fertigens.

Patrick Diederich hat Experten für das additive Fertigen und mit ihnen eine hybride Maschine auf den Markt gebracht. „Wir integrieren die flexible Lasertec-Technologie in 5-Achs-Fräsmaschinen von DMG Mori. Mittels einer speziellen Vorrichtung kann in die Fräsmaschine ein Laseraufbaukopf eingewechselt werden. Dieser wird innerhalb einer Minute über die HSK-Schnittstelle an die Frässpindel adaptiert. Diese flexible Lasertec-Technologieintegration ermöglicht 5-Achs-Fräsen und das Laserauftragschweißen (Lasertec Additive Manufacturing) in einer Aufspannung auf einer Maschine“, erklärt Diederich Geschäftsführer der Sauer GmbH. Mit den beiden Technologiebereichen Ultrasonic und Lasertec repräsentiert Sauer seit 2001 die „Advanced Technologies“der DMG Mori Gruppe.

Für ihn ist nicht aber nicht alleine die Technologie entscheidend. „Um die additive Fertigung fest in der Produktion zu etablieren, ist die Integration in bestehende Produktionssysteme und Prozessketten essentiell – besonders wenn der Schritt von der Prototypen- und Kleinserienfertigung zur Serienfertigung gelingen soll.“ Sauer ergänzt: „Mit dem Hybridkonzept unserer LASERTEC 65 3D haben wir in Zusammenarbeit mit Siemens NX auch direkt eine ganzheitliche CAD/CAM Lösung entwickelt und werden diese Thematik nun auch für das Pulverbett vorantreiben. Zudem bietet DMG Mori mit seinen Produkten natürlich auch vielfache Möglichkeiten zur spanenden Nachbearbeitung und Automatisierung.“ Die Werkzeugmaschinenindustrie will und kann vor allem mit ihrem Automatisierungs-und Prozesswissen beim Kunden punkten.

Vom Granulatetransport bis zur Maschinenautomation: Die richtigen industriellen Standards vorausgesetzt, könnten Automatisierer wie seinerzeit beim klassischen Werkzeugbau im 3D-Druck Landzuwächse erzielen.

„Wir erleben bei vielen Unternehmen, dass sich die Verantwortlichen jetzt Gedanken um die Prozesskette und die Automatisierung des additiven Fertigen machen“, sagt HP-Mann Jung. Das sieht auch Toni Schneider von Schneider Electric so. Wachstum aller Orten – gerade in der Automatisierung des additiven Fertigens. Die Branche kalkuliert mit einem Milliardenmarkt, heißt es bei vielen Unternehmen. Neben Schneider Electric sind auch Siemens oder GE im Markt aktiv. Die Amerikaner kauften unlängst Concept Laser.

GE Aviation will die Technologie unter anderem beim Bau der nächsten Cessna-Baureihe einsetzen. Die Automatisierer können rund um den Drucker die Maschine automatisieren, können Granulate transportieren, können die Plattformen mit Antrieben und Motion-Controllern positionieren, eine durchgehende Kommunikation vom CAD-System bis zum Roboter schwebt vielen vor - allein Datenstandards fehlen, auch wenn einige Druckerhersteller und Siemens bereits daran arbeiten. „Wir können in Zukunft in 3D fertigen und brauchen dafür aber nur eine 2D CNC-Steuerung“, prophezeit Schneider.

Die Werkzeugmaschine also als Automatisierungsvorbild? „Die digitale Prozesskette, die wir im Werkzeugbau geschaffen haben, müssen wir jetzt übertragen. Der digitale Zwilling ist auch im 3D-Druck entscheidend“, bestätigt Ralf Gärtner von Protiq, der ebenso wie Toni Schneider den G-Code aus der CNC-Programmierung als wohl gesetzte Sprache sieht. Entscheidend sei das Datenformat aus dem CAD-Programm bis zum Drucker, sind sich beide Experten einig, denn an ihm hängt die Automatisierung. Der Roboter muss beispielsweise wissen, welches Pulver er wann, an welcher Stelle zur Verfügung stellen muss oder wie er ein Produkt nachbearbeiten soll. „Wir arbeiten an der vollständigen Automatisierung und sprechen mit Roboterherstellern“, versichert Gärtner. Die Blomberger wollen digitale Wertschöpfungsketten entwickeln und verstehen und dann Schnittstellen schaffen. „Nur dann könne man wirtschaftlich additiv Fertigen oder 3D-Druck betreiben“, erklärt der Maschinenbauingenieur. In Ostwestfalen lernen sie beim Geldverdienen.

Stahlriesen wie Voestalpine oder Thyssen haben längst schon die Weichen für die Metallpulverherstellung im großen Stil gestellt.

Das additive Fertigen nutzt verschiedene Metalle. Zum Einsatz kommen Edelstähle, Werkzeugstähle, Nickelbasis-, Titan- oder Kobalt-Chrom-Legierungen. Thyssen, Heraeus oder Voestalpine haben das Metallpulver für das additive Fertigen für sich entdeckt. Kein Wunder, bis zum Jahr 2020 soll der Markt für Pulvermaterialien auf über 630 Mio US-Dollar steigen. Das behauptet das Marktfoschungsunternehmen Markets & Markets. Ein Grund: Auslaufende Patente. Vor allem der Metallpulvermarkt soll wachsen. Voestalpine bereitet sich darauf vor. Das Unternehmen investierte unlängst 30 Millionen Euro an den Standorten seiner Gesellschaft Uddeholms AB in Schweden.

Uddeholms gehört zur Division Special Steel. In Zukunft wollen die Linzer hier vor allem den Bereich der Metallpulverherstellung für den 3D-Druck ausbauen. „In dieser Technologie ist die Kompetenz von Werkstoffherstellung und -verarbeitung sehr eng miteinander verbunden“, heißt es bei Voestalpine. These: Die Materialhersteller diktieren die Preise? „Apothekerpreise beim Material werden wir nur sehr kurz erleben, denn wenn die Nachfrage nach Material steigt, werden Unternehmen ihre Prozessketten verbessern und der Preis für das Material wird sinken. Ich denke, das ist ein kurzfristiges Phänomen“, meint Gerd Witt von der Universität Duisburg. Auch Haemmerle hofft auch auf sinkende Preise. „Derzeit finanzieren sich Hersteller von Drucksystemen weitestgehend über die hohen Preise der Werkstoffe. Mit der Mengensteigerung werden hoffentlich die Preise sinken. Dennoch sehen wir in diesem Wachstumsmarkt natürlich auch Platz für reine Materialhersteller, die damit Geld verdienen können.“

Entscheidend wird sein, ob die Systeme in Zukunft offen für alle Materialien sind. Bei den Kunststoff-3D-Druck-Anlagen-Herstellern ist das Geschäftsmodell der großen Player jenes, nur codiertes Material zum verbauen zu zulassen. Das treibt den Preis. „Durch den Eintritt auch von DMG Mori wird sich das für die Metall-Druckanlagen sicher erledigen, da dieser Hersteller Interesse am Anlagenbau hat und nicht am Verkauf der Werkstoffe“, prophezeit Haemmerle.

Die Zahl der Werkzeugbauer und Lohnfertiger, die mit 3D-Druck immerhin schon im Expermentierstadium sind, steigt rapide.

„Das additive Fertigen mit Metallpulvern führt dazu, dass die Fertigungstiefe bei den OEMs zunimmt. Servicebüros oder Dienstleister sind da meist außen vor“, berichtet Hannes Haemmerle von der 1zu1 Prototypen aus Dornbirn in Vorarlberg. Haemmerle sieht vor allem im Werkzeugbau große Chancen für das additive Fertigen, die Serienfertigung. Ein Beispiel aus Österreich und Tschechien verdeutlicht die Bedeutung: Das Unternehmen Innomia a.s. ist unter anderem in der Automobilbranche tätig und hat sich ganz dem Direkten Metall-Laser-Sintern (DMLS) verschrieben. Die DMLS-Experten unterstützten mithilfe der EOS-Technologie den Automobilzulieferer Magna, dank überarbeiteter Kühlung den Produktionsprozess für spritzgegossene Kunststoffteile zu optimieren.

„Wir konnten im DMLS-Verfahren (auf: EOSINT M 270) ein extrem langlebiges Bauteil herstellen, gleichzeitig blieben die bekannten und bewährten Vorteile der Methode hinsichtlich Design und Zykluszeitreduzierung gewährleistet“, erläutert Lubos Rozkosny, Geschäftsführer von Innomia. Für Hannes Haemmerle ist der Magna-Fall der Beweis seiner These: „Im klassischen Werkzeugbau ab einer Größe von 50 bis 100 Mitarbeitern werden Metall-Druckanlagen zum Standard-Maschinenpark gehören.“ Beispiele für die Serie sind real.

Erste 3D-Druck-Systemanbieter verdienen heute schon ihr Geld mit eigenen Werkstoffen – analog zur Tinte für den Heimdrucker. Ein Geschäftsmodell, das an Bedeutung zulegen könnte.

Noch dominieren klassische Drucksysteme die Websites des japanischen Herstellers Ricoh und der US-Amerikaner von HP. Doch beide Unternehmen verkaufen mittlerweile auch 3D-Druck-Systeme für die Industrie. Daimler ist ein prominenter Kunde von Ricoh. Das High-End-Polymersinter-Produktionssystem für additive Fertigung soll zukünftig das Rapid Prototyping des Unternehmens weiter vorantreiben – Vorserienproduktion also. Die Japaner kooperieren mit dem Chemieunternehmen Solvay, um die Materialpalette zu erweitern. Auch HP hat sich einen Partner gesucht. HP und Siemens präsentierten auf der Hub-Konferenz in Berlin zusammen ihre Pläne für die 3D-Welt.

Dabei setzen die Amerikaner nicht mehr auf die Tropfen-Technologie sondern wollen mit ihrem Multi Jet Fusion-Drucker eine flächendeckende Anwendung für die Industrie anbieten – Start ab 145.000 Euro. Vorteile sind laut HP: Schnelligkeit und Variabilität bei der Größe der zu druckenden Komponenten. Die Amerikaner werben bei der Industrie mit ihrem Wissen um Drucktechnologie. Man habe zahlreiche Patente und über 30 Jahre Erfahrung im Druckermarkt. Doch spannend ist vor allem HPs neuer Weg. Viele 3D-Druck-Systemanbieter verdienen ihr Geld mit den eigenen Werkstoffen – analog zur Tinte für den Heimdrucker. Auch HP verkauft HP-Tinte, im 3D-Druck-Markt wollen die Amerikaner aber mit den Materialien kein Geld verdienen. Die Druckerbauer etablieren ein offenes Netzwerk mit Materialanbietern wie BASF oder Evonik, Anwendern wie BMW oder Nike und Industrie-Software-Anbieter wie Siemens oder Autodesk.

Die Berater: Eine Branche entsteht

In der Ausbildung und Schulung von Mitarbeitern entsteht für immer mehr Player im 3D-Druck-Business ein völlig neuer Geschäftszweig.

Das additive Fertigen ist eine junge Technologie. Es fehlt in den Fabriken an Wissen um Prozesse, Hardware, Software und Materialien. Auf der einen Seite sind Unternehmen überfordert, wie sie Materialien beispielsweise lagern müssen und auf der anderen Seite fehlt es Konstruktions-Knowhow. „Die ganz große Aufgabe ist nicht das neue Fertigungsverfahren, sondern die Ausbildung und Schulung der Mitarbeiter, denn Produktionsabläufe verändern sich und neue Fertigkeiten sind gefragt“, erklärt Hannes Haemmerle, der darin eine Chance für Dienstleister sieht und selber Schulungen anbietet und damit ein neues Geschäftsmodell entwickelt.

„Gussgerecht-Konstruieren – das können viele. Aber Additiv-gerecht konstruieren – da hapert es. Deshalb bilden wir an den Hochschulen aus, aber wir bieten auch eine berufsbegleitende Ausbildung an. Diese startet im Sommer 2017“, ergänzt Witt. Dazu kommt: Es mangelt an Richtlinie vergleichbar einer Maschinenrichtlinie – das klingt öde und nach langweiliger Verbandsarbeit, aber die Industrie braucht Rahmenbedingungen, auf die sich die Unternehmen verlassen können.