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3D-Druck

Disruptionspotenziale und Implikationen für die Logistik

Seit rund zwei Jahren stößt 3D-Druck auf wachsendes Interesse, das zeigen die Google Trends. Welche Disruptionspotenziale und Implikationen die additiven Fertigungsverfahren – so der Fachausdruck für die Schicht-für-Schicht-Herstellung von dreidimensionalen Objekten – mit sich bringen, das untersuchen Kai Jannek und Cornelius Patscha von Z_punkt in einem Artikel für das Fachmagazin logReal.direkt.

11.11.2015

Die Aufmerksamkeitskurve für das Thema 3D-Druck zeigt seit Anfang 2011 steil nach oben. Dies liegt vor allem in dem Umstand begründet, dass kurz vorher die ersten Patente ausgelaufen sind und in Folge die Anzahl der Anbieter für Low-Cost-Systeme förmlich explodiert ist. Seitdem haben immer mehr Konsumenten und Unternehmen 3D-Drucker angeschafft. Der Markt wächst mit über 30 % pro Jahr. Deutlich kleiner fällt allerdings das Wachstum für 3D-Druck-Materialien aus. Das heißt, dass jeder neue 3D-Drucker weniger genutzt wird als die vorher abgesetzten Maschinen. Dies könnte Indiz für eine Blasenbildung sein.



Dem zu Grunde liegt auf der einen Seite die Vision von der 3D-Druck-Revolution, in der alles gedruckt wird. Auf der anderen Seite ist der Sprung vom Rapid Prototyping zum Rapid Manufacturing in der Breite noch nicht gelungen. Letzteres hat nicht nur technische Ursachen. In vielen Fällen mangelt es schlicht und einfach auch an Fantasie, was alles gedruckt werden kann (vor allem im Privatbereich) bzw. wie der Business Case aussieht (im professionellen Bereich). Dabei zeigen sich immer mehr Anwendungsfälle im privaten und professionellen Sektor, die sich auf weitere Branchen übertragen lassen.

Spielzeug, Schmuck, Designobjekte: 3D-Druck im Privat- und Konsumentensektor

Im Privatbereich werden primär Designobjekte, Schmuck und Spielzeug gedruckt. Entsprechende Datensätze finden sich in großem Umfang auf Plattformen wie Thingiverse. Verschiedene Hersteller reagieren bereits darauf. Hasbro hat mit der 3D-Druck-Plattform Shapeways kürzlich einen Online-Shop initiiert, in dem User eigene Designs von My Little Pony hochladen und drucken lassen können. Und seitdem in den USA zwei Start-ups, Feetz und 3D Shoes, individualisierte Schuhe anbieten, planen nun auch Adidas und Nike eigene 3D-Druck-Terminals in ihren Geschäften.



Darüber hinaus wird mit 3D-gedruckten Möbeln, Kleidung und Musikinstrumenten experimentiert. Auch Lebensmittel werden zum Design- und Kunstobjekt. Barilla hat auf der Future Food Expo in Mailand den ersten Pasta-Drucker vorgestellt. Und im Berliner Katjes-Café werden Fruchtgummis in individuellen Formen, Farben und Geschmacksrichtungen angeboten. Interessant wird das Thema Food Printing vor allem, wenn nicht nur mit Formen, sondern auch mit Inhaltsstoffen experimentiert werden kann. Die Vision sind individuelle Nahrungsmittel, die perfekt auf unsere persönlichen Ernährungsbedürfnisse abgestimmt sind. In fünf bis zehn Jahren, so schätzen Experten, wird es solche Food Printer geben.

Personal Food, Moleküle und Organe: 3D-Druck in der Medizin

Letztlich geht es beim Thema Personal Food um die Vermeidung von Diabetes, Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. 3D-Druck kann den medizinischen Sektor aber noch in ganz anderer Weise verändern. Künftig wird es wahrscheinlich 3D-Drucker für Moleküle geben. Dann werden hunderte Medikamente aus wenigen unterschiedlichen Basis-Molekülen herzustellen sein. Es wird keine Rezepte im herkömmlichen Sinne mehr geben, sondern Algorithmen, die individualisierte Dosen berechnen, Wirkstoffe kombinieren und dabei Wechselwirkungen selbstverständlich berücksichtigen. Die Entwicklung liegt unter Umständen gar nicht so fern in der Zukunft. Schließlich hat die Arzneimittelzulassungsbehörde in den USA erst vor wenigen Wochen die erste 3D-gedruckte, verschreibungspflichtige Arznei für den Konsumenten freigegeben.

Bei der zweiten Vision für den 3D-Druck im medizinischen Sektor geht es um den Druck von ganzen Organen. Der 3D-Druck von Haut ist bereits möglich und wird praktiziert. Bei größeren (volumigen) Organen besteht die Herausforderung darin, stabile Blutgefäße mitzudrucken. Ein neues Tröpfchen-Druckverfahren könnte hier einen Durchbruch bewirken. Bei Implantaten ist die Technologie dagegen schon weiter verbreitet. Dies gilt nicht nur für Zahnkronen, sondern auch für Gelenke und sogar Schädelplatten-Implantate. Letztere werden zum Beispiel im Walter Reed Army Hospital mit einem Titan-3D-Drucker hergestellt. Mehr als 60 Schädelplatten wurden bereits implantiert. Ihre Herstellungskosten liegen zwar über denen von herkömmlichen Implantaten, weil ihre Passform aber deutlich besser ist, kann die Operationszeit um die Hälfte verkürzt werden. Dies ist insofern relevant, als die Belegungszeit eines Operationssaals und -teams den größten Anteil an den Gesamtkosten der Behandlung ausmacht.

Karosserien, Flugzeuge und Häuser: 3D-Druck im Industrie- und Bausektor

Das Walter-Reed-Beispiel ist gerade deshalb interessant, weil er zeigt, dass der Business Case der neuen Technologie unter Umständen erst bei einer holistischen Kostenbetrachtung deutlich wird. Dies gilt auch für viele industrielle Anwendungen. Im Fahrzeugbau experimentiert EDAG mit 3D-gedruckten Karosserien, die wegen ihrer Hohlstrukturen besonders leichtgewichtig und deshalb kraftstoffsparend sind. Der Flugzeugbau ist diesbezüglich sogar schon ein paar Jahre weiter. Der neue Airbus A350 enthält angeblich 1.000 3D-gedruckte Teile, von denen jedes rund die Hälfte der Teile wiegt, die sie ersetzt haben. Bei Boeing werden zudem Teile des Lüftungssystems der 787 im 3D-Drucker gefertigt. Die Technologie ermöglicht die Herstellung komplexerer Strukturen in einem Stück, so dass der Montageaufwand deutlich reduziert wird. Ein ähnliches Prinzip gilt im Bausektor. In den Niederlanden und in China werden Module für Häuser gedruckt. Diese sind bereits komplett mit allen nötigen Leitungen, Ausstattung und Einrichtungen wie einer Küche versehen und werden vor Ort nur noch zusammengesetzt. Beim chinesischen Unternehmen Zhuoda konnte die komplette Fertigung der insgesamt sechs Module und der Zusammenbau vor Ort in nur zehn Tagen bewältigt werden. In Dubai soll sogar ein sechs Meter hoher 3D-Drucker konstruiert werden, der fast 200 Quadratmeter große Bürogebäude am Stück ausdruckt. Die Limitation des Bauraums will ein niederländisches Start-up künftig umgehen, indem es 3D-Druck und Robotiktechnologie miteinander kombiniert. Ab 2017 soll ein sechsachsiger Industrieroboter eine Fußgängerbrücke über einen Kanal in Amsterdam Schicht für Schicht drucken und sich dabei auf der Struktur fortbewegen.

Durch den Einsatz von 3D-Druckern können sich auch Einsparungen in Form kürzerer Stillstandszeiten von Maschinen oder reduzierter Lagerkosten realisieren. Für ihre Fahrzeuge in Afghanistan hält die US-Armee keine umfangreichen Ersatzteillager vor, sondern sogenannte „Mobile Parts Hospitals“, in denen Achsen, Schaltknüppel und andere Teile nach Bedarf gedruckt werden. Die Fahrzeuge still stehen zu lassen, bis entsprechende Ersatzteile aus den USA eingetroffen sind, hat sich demgegenüber als nachteilig erwiesen. Ebenso die Lagerung aller Ersatzteile in bestimmten Umfängen vor Ort. Stattdessen werden lediglich Metallpulver vorgehalten, die im 3D-Drucker, je nach Bedarf, zu einem bestimmten Ersatzteil geformt werden können.

Wie schnell, in welchem Umfang und in welcher Variante der 3D-Druck diffundiert, wird von Branche zu Branche variieren. In fast allen Fällen werden aber die Logistikprozesse betroffen sein.Kai Jannek und Cornelius Patscha, Z_punkt

Implikationen für die Logistik

Welche dieser verschiedenen Wertschöpfungslogiken künftig noch in weiteren Anwendungskontexten zum Tragen kommt, ist mit Unsicherheit behaftet. Wie schnell, in welchem Umfang und in welcher Variante der 3D-Druck diffundiert, wird von Branche zu Branche variieren. Für einige Sektoren wird die neue Technologie lediglich ein neues Fertigungsverfahren darstellen, für andere Bereiche wird sie zudem komplett neue Produkte und Services bedeuten und in wieder anderen Industrien wird sie darüber hinaus zu komplett neuen Akteursstrukturen führen. In fast allen Fällen werden aber die Logistikprozesse betroffen sein. Produktionsprozesse werden stärker dezentralisiert. Gleichzeitig wird die Produktion wieder stärker integriert, das heißt mehrere Wertschöpfungsstufen werden am selben Ort zusammengeführt. In Summe bedeutet das, dass weniger Güter über große Distanzen transportiert werden.

Gerade einfache (monomaterielle) Produkte wie zum Beispiel Spielzeug werden nicht mehr im selben Umfang aus Niedrigkostenländern nach Europa und in die USA exportiert. Im Extremfall werden gegebenenfalls sogar Fabriken für 3D-gedruckte Fahrzeuge in jeder größeren Stadt stehen, wie es das US-amerikanische Automobil-Start-up Local Motors plant. Nicht nur die Routen verändern sich, auch die zu transportierenden Waren. Statt fertiger und halbfertiger Erzeugnisse werden in größerem Umfang 3D-Druck-Rohmaterialien transportiert. Hinzu kommt, als potenziell wachsendes Geschäftsfeld, die Organisation und Bereitstellung von Daten in Form von Bausätzen. Mit einer flexibleren Produktionstechnologie, also Maschinen die sehr heterogene Güter ohne Umrüstung nacheinander oder im selben Druckvorgang parallel herstellen können, sinkt auch die Notwendigkeit, dass jedes Industrieunternehmen eigene Produktionsanlagen vorhält. Eine größere Outsourcing-Welle ist zu erwarten.

Eines Tages werden Markenanbieter wie Lego, Artemide oder VW unter Umständen reine Designunternehmen und ihre Produkte bei dezentralen Kontraktherstellern mit hochflexiblen 3D-Druckern fertigen lassen – wie FKM Sintertechnik es heute bereits anbietet. Kontraktlogistik und Kontraktfertigung werden in diesem Zuge vermutlich zu einem Super-Geschäftsfeld integriert. Im Extremfall geht die Verschmelzung vielleicht sogar bis hin zu Trucks, die „on the go“ fertigen, oder „floating factories“, schwimmende 3D-Druck-Fabriken. Manche Dienstleister werden sich in diesem neuen Umfeld als kapitalintensive 3PLM-Anbieter (Third-Party Logistics & Manufacturing) positionieren, andere werden als 4PLM-Dienstleister ohne eigene Assets die Steuerung und Integration über diverse Transport- und Herstellungsunternehmen übernehmen. In jedem Fall gilt: Die Karten werden neu gemischt.

Der Artikel von Kai Jannek und Cornelius Patscha ist in der Oktober-Ausgabe des Logistik-Fachmagazins LogReal.direkt erschienen und als ePaper abrufbar.

Zum ePaper LogReal.direkt

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