Sustainability Wie Additive Fertigung die Nachhaltigkeit in der gesamten Lieferkette verbessert

Von Max Siebert

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Menschen und Unternehmen werden sich zunehmend der Bedeutung von Nachhaltigkeit bewusst und räumen ihr immer mehr Priorität im Alltag ein. Dies trifft auch auf den Produktionssektor zu. Hier wird der Nachhaltigkeitsaspekt vor allem durch Endkundenanforderungen und neue Regularien vorangetrieben. Wie die additive Fertigung (AM) eine effiziente und umweltfreundliche Lösung für Produktions- und Lieferketten bieten kann.

Durch den 3D-Druck können gleichwertige oder sogar verbesserte Teile mit weniger Materialaufwand hergestellt werden.
Durch den 3D-Druck können gleichwertige oder sogar verbesserte Teile mit weniger Materialaufwand hergestellt werden.
(Bild: Replique)

Additive Fertigung bietet eine völlig neue Art der Produktgestaltung, die die Erstellung topologieoptimierter Designs ermöglicht. Durch eine solche Neugestaltung kann das 3D-gedruckte Teil die gleichen Anforderungen erfüllen und oft sogar die Leistung im Vergleich zum Originalteil verbessern, während gleichzeitig weniger Material verwendet wird.

Unternehmen können beispielsweise auch eine aus mehreren Teilen bestehende Baugruppe als Einheit drucken (Teilekonsolidierung). Dies führt zu einem geringeren Material- und Energieverbrauch bei der Herstellung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren und reduziert den Zeitaufwand, da weniger Teile hergestellt und montiert werden müssen. Darüber hinaus kann die Teilekonsolidierung leistungsstärkere Teile mit erhöhter Haltbarkeit bieten.

Additive Fertigung kann den Materialverbrauch während der Produktion drastisch reduzieren

Bei der Produktion achten Hersteller auf zwei wesentliche Faktoren: Materialverbrauch und Energieeffizienz. Bei traditionellen Herstellungsverfahren gibt es immer Materialabfälle. Beispielsweise beginnen die Hersteller bei der subtraktiven Fertigung wie CNC mit einem Block aus festem Material und entfernen Material, um eine endgültige Form zu erreichen. Bei Additiver Fertigung ist der Materialeinsatz viel effizienter.

Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein gutes Beispiel; Teile werden Schicht für Schicht aufgebaut, wobei nur das benötigte Material hinzugefügt wird, sodass ausser den Stützstrukturen kein Materialabfall entsteht. Andere additive Fertigungstechnologien, die Pulver oder Harze verwenden, funktionieren anders. Bei pulver- und harzbasierter additiver Fertigung wird eine vollständige Materialschicht aufgebaut, die dann je nach verwendeter Technologie mit einem Laser verschmolzen oder einem Bindemittel bearbeitet wird. Nachdem die erste Materialschicht bearbeitet ist, wird eine neue Vollschicht hinzugefügt, bis das Teil fertig ist. Unverarbeitetes Pulver oder Harz kann dann für den nächsten Druck wiederverwendet und somit Ressourcen geschont werden.

Mithilfe der 3D-Drucktechnologie ermöglicht Replique den OEMs, ihren Kunden Teile anzubieten – auf Anfrage, wann und wo sie benötigt werden.
Mithilfe der 3D-Drucktechnologie ermöglicht Replique den OEMs, ihren Kunden Teile anzubieten – auf Anfrage, wann und wo sie benötigt werden.
(Bild: Replique)

Umgekehrt werden häufig Stützstrukturen und Testdrucke benötigt, insbesondere für kompliziertere Teile. Üblicherweise werden Testteile auf dem Weg zur optimierten Aufbauorientierung und Druckparametern verworfen. Entwicklungen in der Simulation ermöglichen jedoch inzwischen, potenzielle Druckprobleme vorherzusagen und so den Ausschuss in der Produktion massiv zu reduzieren.

Ist Additive Fertigung wirklich nachhaltig, wenn man den Energieverbrauch während der Produktion betrachtet?

Aufgrund sehr individueller Anwendungsfälle ist die Antwort darauf nicht einfach. Unterschiede in Maschinen-, Produkt- und Prozesseigenschaften erschweren die Vergleichbarkeit von traditionellen Verfahren und Additiver Fertigung. Im Vergleich zu subtraktiven Verfahren kann Additive Fertigung energieeffizienter sein. Im Vergleich zum Spritzgiessen wird jedoch allgemein anerkannt, dass der Energieverbrauch von Additiver Fertigung aufgrund einer viel längeren Produktionszeit pro Teil höher ist. Allerdings müssen auch andere Faktoren wie der Energieverbrauch bei der Herstellung der Form, das Produktionsvolumen und die Materialeffizienz berücksichtigt werden. Bei geringeren Stückzahlen ist Additive Fertigung häufig die energieeffizientere Option.

Produktion on demand wird das Obsoleszenzrisiko in der Lagerhaltung reduzieren

Neben der Produktion bietet Additive Fertigung auch Nachhaltigkeitsvorteile in der Lieferkette. Andere Herstellungsverfahren erfordern häufig eine Mindestlosgrösse, um die Produktion kosteneffizient zu gestalten, was häufig zu Überproduktion und unnötiger Lagerhaltung von Teilen führt. Dies erhöht nicht nur die Lagerkosten, sondern auch das Obsoleszenzrisiko, wenn die Teile nicht verkauft werden. Für Unternehmen, die Ersatzteile anbieten, kann dies ein grosses Problem darstellen. Unternehmen sind in der Regel an Lieferanten gebunden, die oft enorme Mindestbestellmengen vorschreiben, selbst wenn nur wenige Ersatzteile benötigt werden.

Mit Additiver Fertigung ist es möglich und kosteneffizient, nur die Anzahl der Teile zu produzieren, die benötigt werden. Es müssen keine grossen Lagerbestände angelegt werden, da die Teile nach Bedarf produziert werden können. Das 3D4U-Projekt von Replique mit Miele zeigt dies gut. Hier werden Miele-Teile, die der Endkunde über den Onlineshop von Miele bestellt, auf Abruf gedruckt und direkt an den Kunden versandt. Die Gesamtlieferzeit beträgt fünf Arbeitstage einschliesslich Versand und zeigt, dass Additive Fertigung schnelle und erschwingliche Teile anbieten und gleichzeitig Verschwendung vermeiden kann.

Minimierte Transportwege reduzieren den CO2-Ausstoss

Die Einführung von Additiver Fertigung hat zu einer Verlagerung von der linearen Fertigung mit zentralen Verteilerstellen hin zu einem dezentralisierten Netzwerk von Lieferanten, Produktionspartnern und Kunden geführt. Ermöglicht wird dies durch geringe Investitionskosten, da eine Maschine eine Vielzahl von Teilen produzieren kann. Die Minimierung der Transportvorgänge wirkt sich positiv auf die Umwelt aus, da der CO2-Fussabdruck jedes Teils reduziert wird. Die Teile werden lokal, in der Nähe des endgültigen Bestimmungsortes, produziert und müssen so nicht mehr über weite Strecken transportiert werden. Dies verkürzt auch die Vorlaufzeit, was besonders in Zeiten von Lieferkettenunterbrechungen von Vorteil ist.

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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Additive Fertigung als Teil eines Print-on-Demand-Modells den Energieverbrauch, die Materialverschwendung und den CO2-Fussabdruck eines Unternehmens reduzieren kann. Dies hat auch Vorteile für die Funktionsfähigkeit der Lieferkette. Herkömmliche Lieferketten erfordern mehrere Schritte, von denen jeder einzelne störungsanfällig ist, während Additive Fertigung die Lieferkette verkürzt und widerstandsfähiger macht.

Dieser Artikel erschien zuerst auf unserem Partnerportal mm-logistik.vogel.de.

* Max Siebert ist CEO bei Replique – A Venture of Chemovator GmbH in 68169 Mannheim, Tel. +49 621 63748060, info@replique.io

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