Intelligente Produktion mit 3D Druckern
November 25, 2019
Aus dem Unterricht des CAS Disruptive Technologies mit Agnes Petit zum Thema “Intelligent Construction with 3D printing” berichtet Matthias Pfeifer:
Neuer Tag, neue Technologie. Heute lernen wir eine Technologie kennen, die das Produzieren von physischen Objekten revolutionieren wird – der 3D-Druck. Dabei zeigt uns Agnes Petit nicht nur auf, wie die Baubranche in absehbarer Zukunft disruptiert werden könnte, sondern wie man künftig Fussballschuhe, Schmuck oder sogar menschliche Organe mittels 3D Druckern produzieren könnte.
3D Drucker – was ist das?
Der 3D-Druck ist auch bekannt unter den Bezeichnungen Additive Fertigung, Additive Manufacturing, Generative Fertigung oder Rapid-Technologien. Es handelt sich um eine umfassende Bezeichnung für alle Fertigungsverfahren, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen und so dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden.
Mit 3D Druck wurde 2018 ca. USD 12.5 Mia umgesetzt. Prognosen sagen der Technologie bis 2025 einen sehr starken Wachstum voraus.
Der Grund, wieso diese Technologie ein so großes Wachstumspotential aufweist, liegt an den Vorteilen gegenüber etablierten Fertigungstechnologien. Diese Vorteile kommen um so stärker zum Tragen, je komplexer die Form eines Produkts ist:
- Kosten-Skalierung bei Fertigung von Klein-Serien: Mit 3D Druck können spezifische Teile günstiger gefertigt werden. Im Vergleich dazu steigen bei etablierten Technologien die Stückkosten bei kleinen Serien stark an.
- Fast jede Form ist produzierbar – neue Design-Möglichkeiten
- Tiefere Ausschuss-Mengen bei der Produktion.
- Möglichkeit zum Einsatz von neuen Materialien für die Produktion, die bei identischer Funktionalität Vorteile punkto Gewicht oder Stabilität aufweisen.
Disruptive Technologien in der Baubranche
Die Baubranche ist gemäß einer Studie von McKinsey eine der am schwächsten digitalisierten Branchen. Bezüglich Produktivitätssteigerung wurden seit 1995 keine wesentlichen Fortschritte erzielt.
Die Hauptgründe liegen im fehlenden technischen Know-How auf den Baustellen und an den hohen Investitionskosten für Baumaschinen. Die hohen Kosten führen dazu, dass ein rascher technischer Wandel oder der Einsatz neuer Fertigungsmethoden zu enormem Abschreibungsbedarf in den Bilanzen der großen Bauunternehmen und Zulieferern (wie zB Holcim) führen würde. Die etablierten Marktteilnehmer haben somit wenig Interesse am raschen Wandel an eingesetzten Materialien und Methoden. Dabei hätte die Branche enormes Potential für den Einsatz von neuen Technologien. 39% des weltweiten CO2-Ausstoß steht im Zusammenhang mit der Baubranche – das ökologische Verbesserungspotential ist signifikant.
Folgende 10 Technologien werden künftig einen wesentlichen Einfluss auf die Baubranche haben:
Besondere Relevanz haben neue (CO2-ärmere) Materialien. Ein intelligenter Ersatz für Beton und Zement hätte einen spürbaren Einfluss auf den ökologischen Fussabdruck der Branche. Der 3D Druck von Elementen oder ganzen Gebäuden steht noch am Anfang seiner Entwicklung. Neben 3D Druck nehmen Roboter und Drohnen künftig einen höheren Stellenwert ein. Mittels Auswertung von Bewegungsdaten ergeben sich effizientere Bewegungsabläufe von Kranen oder Bulldozer. Dies führt zu spürbar tieferem Dieselverbrauch und einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit.
Building Information Modeling
Ein wichtiger Faktor zur Entwicklung von intelligentem Bau ist BIM (Building Information Modeling). BIM beschreibt eine Methode der vernetzten Planung, Ausführung und Bewirtschaftung von Gebäuden und anderen Bauwerken mithilfe von Software. BIM ist viel mehr, als nur einen realtime Plan eines Gebäudes. Daten zum Gebäude führen beispielsweise zu einem optimalen Energieverbrauch in Zusammenhang mit Wetterdaten. Oder bei einem Umbau weiss man exakt, wo welche Materialien verbaut sind und wie sich ein Eingriff auf die Statik auswirkt. BIM erfreut sich vor allem in den USA und in Asien breitem Einsatz. Europa hat noch Potential im Einsatz von BIM. Die Bau-Normen der verschiedenen Länder behindern den Durchbruch dieser Technologie.
Weitere Beispiele für 3D gedruckte Produkte
3D gedruckte Produkte setzen sich in verschiedenen Branchen durch. GE Aviation zum Beispiel produziert Turbinenblätter mit 3D Druck. Das Resultat ist leichter und günstiger in der Produktion als vergleichbare Produkte. Weitere Beispiele sind In-ear-Kopfhörer (tailor-made auf das Ohr jedes Menschen), Schmuck, Brücken usw.
Praxis-Beispiel mobbot
Agnes Petit ist CEO der Firma mobbot, die sich auf das 3D Drucken von Bau-Elementen spezialisiert hat. Im Vergleich zu ihren Konkurrenten produziert mobbot mit einem Beton 3D Drucker. Am Beispiel eines Auftrags zur Lieferung von 18 Kabelkammern zeigt sich die disruptive Wirkung von 3D Druck eindrücklich auf:
- Deutlich schnellere Produktion inkl. Lieferung
- 40% Kostenreduktion gegenüber herkömmlicher Produktion
- 30% tieferer CO2- und Materialausstoss
Mit diesem Praxisbeispiel zeigt Agnes eindrücklich auf, wie innovative Unternehmen auch in der Baubranche mittels dem Einsatz von neuen Technologien einen Wandel erzeugen können. Nicht zuletzt der politische Druck auf nachhaltigere Bauweisen wird den Wandel weiter beschleunigen. 3D Druck scheint dabei die ideale Lösung zu sein.