Fachkräftemangel, Lieferprobleme und Klimawandel bestimmen in den nächsten Jahren die deutsche Industrie. Additive Fertigung ist eine der wichtigen Maßnahmen, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Das sagt Lutz Feldmann, Regional Channel Manager Euro-Central von Markforged, der mir den folgenden interessanten Gastartikel zukommen lassen hat.
Deutschland ist immer noch ein Industrieland. Die Bruttowertschöpfung durch Industrieunternehmen lag 2020 bei knapp 20 Prozent der Wertschöpfung von rund drei Billionen Euro – insgesamt 594 Milliarden Euro. Im Vergleich mit anderen Volkswirtschaften ist dieser Anteil hoch. In Großbritannien, Frankreich und den USA liegt er zwischen neun und elf Prozent.
Trotz dieser beeindruckenden Zahlen wäre es eine schlechte Idee, sich auf dem Erreichten auszuruhen. Die deutsche Industrie sieht sich einer Vielzahl von Herausforderungen gegenüber, die in den nächsten Jahren bewältigt werden müssen. Vor allem kleine und große Mittelständler sind durch drei Entwicklungen bedroht: Fachkräftemangel, Lieferprobleme und Klimawandel.
Ein wichtiges Mittel zur Bewältigung dieser Schwierigkeiten ist Additive Manufacturing mit dem 3D-Drucker als Teil der Fertigung. 3D-Drucker sind kosteneffizient, die Produktion damit ist zudem weniger personalintensiv, verkürzt Lieferketten und stärkt die Nachhaltigkeit.
Fachkräftemangel mit 3D-Druck ausgleichen
Zum Beispiel der Fachkräftemangel. Er ist die Folge einer alternden Erwerbsbevölkerung. Firmen klagen über zu wenig Nachwuchs und fürchten die bevorstehende Verrentung der geburtenstarken Jahrgänge. Gleichzeitig erhöht sich der Bedarf an qualifizierten Fachkräften durch die Digitalisierung. So gute wie jede Branche ist betroffen: Logistikunternehmen suchen nach Fahrern, Mittelständler und IT-Unternehmen konkurrieren um eine begrenzte Anzahl an Entwicklern und hochqualifizierte Facharbeiter in der Industrieproduktion sind Mangelware.
Eine naheliegende Reaktion ist die Suche nach Effizienzgewinnen durch verstärkte Automatisierung und eine weitere Verschlankung der Prozesse. Doch hier gibt es nicht mehr viel zu holen. So gut wie alle Hersteller sind bereits Effizienzweltmeister. Deshalb setzen einige Unternehmen auf additive Fertigung. So werden von einigen Autoproduzenten einzelne Bauteile für die Oberklassemodelle bereits im 3D-Druck hergestellt. Das ist kosteneffizienter als die traditionelle Fertigung, beispielsweise im Druckguss.
Der 3D-Druck ist von Hause aus bereits stark automatisiert. Die Geräte werden digital angesteuert und fertigen Werkstücke oder vollständige Produkte direkt aus Druckdateien heraus. Zusammen mit modernen Cloud-Lösungen für die automatische Konfiguration und Kalibrierung arbeiten die Systeme ohne den Eingriff von menschlichen Arbeitskräften. Das ist vor allem für kleinere Unternehmen interessant. Sie sind häufig auf ihr technisches Know-how und ihre Erfahrung angewiesen. Wenn es schwierig wird, neue Mitarbeiter zu finden, kann der vorhandene Personalstamm durch additive Fertigung besser mit der Nachfrage Schritt halten.
Additive Fertigung verkürzt Lieferketten
Diese Vorteile helfen auch dabei, aktuelle und zukünftige Lieferkrisen auszugleichen. Im Moment gehört die Beschaffung zu den größten Herausforderungen, denen sich die Industrie gegenübersieht. Die Nachrichten von Mangellieferungen bei Vorprodukten und Rohstoffen reißen nicht ab. Vor allem die bestandslose Produktionslogistik (Just in Time, Just in Sequence) ist anfällig für Störungen durch politische Ereignisse, Kriege, Pandemien oder Naturkatastrophen. Die Industrie braucht deshalb eine Strategie, um sich auf lange Sicht unabhängiger von überdehnten Lieferketten zu machen.
Das erfordert eine Vielzahl an Maßnahmen, beispielsweise eine Reorganisation der Lieferketten, in Einzelfällen die Rückführung der Produktion in die EU oder nach Deutschland und ein Aufbau anderer Produktionsweisen. Ein wichtiges Element dabei ist additive Fertigung von Kunststoffen, Metallen, Keramik und einigen anderen Materialien. Die damit erzeugten Produkte sind fast nicht mehr von herkömmlich produzierten Gütern zu unterscheiden und erfüllen alle gewohnten Qualitätsstandards.
Es gibt bereits erste Vorreiter: Einige Unternehmen, vor allem aus der Luftfahrt, produzieren Ersatzteile nicht mehr im Stammwerk und transportieren sie dann aufwendig an den Zielort. Stattdessen versenden sie nur noch Konstruktionsdaten für 3D-Drucker. Gefertigt wird dann in einer Niederlassung in der Nähe ihrer Kunden oder direkt an den Shopfloor der Abnehmer. Dadurch verkürzen sich die Lieferketten und teurer Lagerplatz wird weniger notwendig.
Nachhaltigkeit: Weniger Rohmaterial nutzen
Kleinere Lager bedeutet weniger Transporte mit Lkw, Flugzeug oder Schiff. Das wirkt sich auf die Nachhaltigkeit der Industrie aus, der dritten großen Herausforderungen der nächsten Jahre. Die herkömmlichen Formen der Produktion und der Logistik müssen an Ziele wie CO2-Neutralität, Kreislaufwirtschaft sowie Landschafts- und Tierschutz angepasst werden. Gefragt sind hier vor allem Verfahren, die einen geringen CO2-Eintrag haben und zudem nachhaltig, ressourcenschonend und weniger umweltschädlich sind.
Dahinter verbergen sich komplexe Zusammenhänge. So ist beispielsweise der Gesamtenergieverbrauch („Cradle-To-Cradle“) von Gütern unter anderem abhängig von der Länge der Lieferwege und der Art der Produktion. 3D-Druck senkt den Aufwand der Fertigung und stärkt somit eine Nachhaltigkeitsstrategie. Denn es ist ökologischer und ressourcenschonender, die großen Lager abzubauen, auf Vorprodukte zu verzichten und direkt mit dem Drucker zu fertigen. Die Unternehmen benötigen dafür lediglich einen Vorrat an Rohmaterial.
Industriedrucker wie die von Markforged verarbeiten beispielsweise Metalle wie Edel- oder Werkzeugstähle, Kupfer oder Nickelbasislegierungen (Inconel). Zudem gibt es auch Drucker für moderne, hochfeste Verbundwerkstoffe, die mit Mikrokohlefaser gefülltes Nylon verarbeiten. Dieser Basiswerkstoff (Onyx) wird mit Kohle-, Glasfaser und Kevlar kombiniert. Wegen dieser modernen Werkstoffe kann die additive Fertigung in kleinen und mittelgroßen Unternehmen die traditionellen Verfahren ergänzen. Sie erzielen damit eine deutlich nachhaltigere und wenig aufwändige Produktion.