5 Beispiele für die Umgestaltung der Lieferkette durch 3D-Druck

Ganz gleich welche große Nachrichtenagentur Sie aufrufen: Unterbrechungen in den weltweiten Lieferketten sind nach wie vor ein großes Thema. Für Hersteller auf der ganzen Welt stellen Probleme in der Lieferkette eine große Bedrohung für die Produktivität und die Fähigkeit dar, wichtige Fristen einzuhalten.

Diese ständigen Lieferkettenprobleme machen Unternehmen aller Art und Größe zu schaffen und äußern sich in Form von Tequila-Knappheit in der örtlichen Bar, Versorgungsengpässen im medizinischen Bereich oder Milliardenverlusten bei Unternehmen wie Apple aufgrund von Chipmangel. Experten erwarten, dass Probleme in den externen Lieferkette auf absehbare Zeit bestehen bleiben.

Durch den Einsatz einer schnellen und zuverlässigen, professionellen 3D-Druckplattform können Fertigungsunternehmen jedoch viele dieser Risiken umgehen und gleichzeitig ihre Lieferketten bei voller Kontrolle straffer und effizienter als bisher gestalten.

Wie also nutzen Unternehmen den 3D-Druck, um Probleme in der Lieferkette zu lösen und gleichzeitig ihre Lieferketten neu zu erfinden, um effizienter und weniger störanfällig als je zuvor zu sein? In diesem Artikel erfahren Sie anhand von 5 Beispielen aus der Praxis, wie dies bei der US-Army oder bei Herstellern von Flugzeugteilen und Windkraftanlagen funktioniert.

Lieferkettenprobleme für Hersteller

Für Fertigungsunternehmen können Probleme in der Lieferkette zu einer Reihe großer Probleme führen. Eine suboptimale Lieferkettenlogistik kann zu Lieferzeiten führen, die das Wachstum behindern und die Fähigkeit von Unternehmen beeinträchtigen, wichtige Termine einzuhalten. Muss ein kritisches Teil in einem Werk ausgetauscht werden, können die Produktionsabläufe leicht für lange Zeit ins Stocken geraten, bis das Teil hergestellt, versandt, transportiert und zugestellt wird. Dies kann oft Monate dauern.

Für Unternehmen, die sich bei der Herstellung von lieferkettenkritischen Teilen auf externe Zulieferer verlassen, entsteht zwischen dem Zeitpunkt, an dem ein Unternehmen einen Bedarf feststellt, und dem Zeitpunkt, an dem das Teil eintrifft, ein großer Zeit- und Arbeitsaufwand. Ingenieure müssen viel Zeit damit verbringen, Zeichnungen zu erstellen, Bestellungen einzureichen und das Ausschreibungsverfahren mit mehreren Anbietern zu organisieren. Nachdem der Drittanbieter die Herstellung der Teile abgeschlossen hat, müssen sie an die jeweiligen Standorte geliefert werden, an denen sie benötigt werden.

An jeder Stelle dieses Prozesses kann es zu ernsthaften Verzögerungen kommen, z. B. durch Komplikationen beim Versand oder bei der Abwicklung oder durch Materialengpässe bei einem vorgelagerten Lieferanten. Weisen erhaltenen Teile Mängel oder andere Qualitätsprobleme auf, muss dieser zeit- und arbeitsintensive Zyklus wiederholt werden, was zu längeren Ausfallzeiten oder anderen schwerwiegenden geschäftlichen Konsequenzen führen kann.

Instrumente für das Risikomanagement in der Lieferkette

3D-Druckplattformen bieten Herstellern die Möglichkeit, diese Hürden und Unwägbarkeiten zu umgehen. Mit einem cloudfähigen, dezentralen Fertigungsmodell können die richtigen Teile schnell und genau an dem Ort und zu dem Zeitpunkt gedruckt werden, wo sie benötigt werden. Einzelne Drucker können an verschiedenen geografischen Standorten aufgestellt werden. Dank 3D-Drucksoftware können Teile, die in einem cloudbasierten digitalen Bestand gespeichert sind, an jeden 3D-Drucker innerhalb des Netzwerks zum Drucken übermittelt werden.

Mit nur einer CAD-Datei können Hersteller vom Entwurf bis zum fertigen Teil alles im eigenen Unternehmen erledigen. Damit entfällt die Abhängigkeit von Dritten und die damit verbundenen Risiken, wie z. B. Versandprobleme, logistische Komplikationen und Probleme mit vorgelagerten Lieferanten, die sich auf die gesamte Produktion auswirken.

Durch die effektive Umgehung bestimmter Schritte der traditionellen Lieferkettenlogistik wie der üblichen Notwendigkeit, Sendungen zu empfangen, um Teile zu erhalten, verringert der 3D-Druck das damit verbundene Risiko von Lieferkettenunterbrechungen. Bei Teilen, die eine maschinelle Bearbeitung erfordern, können Ingenieure durch den Einsatz eines Additiven Fertigungssystems zur schnellen Prototypenerstellung sicherstellen, dass das maschinell bearbeitete Teil, das Monate später erhalten wird, wie erwartet funktioniert.

Bekämpfung von Lieferkettenunterbrechungen mit disruptiven Technologien

Da die additive Fertigung immer weiter voranschreitet und ihre Möglichkeiten erweitert, kann der 3D-Druck eine wachsende Zahl wichtiger Probleme in der Lieferkette lösen.

Machen Sie sich Sorgen, dass die Aluminiumknappheit die Preise in die Höhe treibt? Kein Problem, denn die heutigen professionellen 3D-Drucker können in nur wenigen Stunden bis Tagen Verbundwerkstoffe herstellen, die stärker als Aluminium sind. Dank der dezentralen Fertigung, die durch cloudbasierte Fertigungsnetzwerke und die Konnektivität von 3D-Druckern mit Industrie 4.0-Technologien unterstützt wird, können Druckaufträge von einem Bediener auf der anderen Seite des Erdballs gestartet werden und genau an dem Punkt ausgeführt werden, an dem sie benötigt werden.

Die Festigkeit und die Materialeigenschaften der heutigen endlosfaserverstärkten Teile aus Kompositmaterial machen sie zu einem schnelleren, günstigeren und einfachen Ersatz für fast jedes Teil – selbst für Teile, die den anspruchsvollen Anforderungen von Spezialanwendungen entsprechen müssen. Diese leistungsfähigen Kompositmaterialien können viele bisher konventionell gefertigte Metallteile ersetzen.

Für Teile, die aus Metall hergestellt werden müssen, macht das Metall-Schmelzschichtverfahren den Metall-3D-Druck im Vergleich zu anderen Metall-3D-Druckern, die teurer sind, Schwierigkeiten bei der Handhabung und Sicherheitsrisiken durch die Verwendung von losem Pulver aufweisen und hochqualifizierte Bediener erfordern zugänglicher, sicherer und im täglichen Einsatz einfacher.

Vestas mit Sitz in Dänemark ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich der Windenergie, das Windenergieanlagen entwickelt, fertigt, installiert und wartet. Mit Windturbinen in 86 Ländern ist Vestas der weltweit größte Hersteller von Windturbinen und Windturbinenblättern für den On- und Offshore-Bereich. Vestas unterhält weltweit mehr als 15 Produktionsstätten.

Im Corporate Knights Global 100 Ranking der 100 nachhaltigsten Unternehmen belegte Vestas den ersten Platz. Das Unternehmen nutzt die Additive Fertigung im Sinne der Nachhaltigkeit, um bis zum Jahr 2030 eine Netto-Null-Dekarbonisierung zu erreichen, und plant, bis 2040 abfallfreie Windturbinen herzustellen.

Herausforderungen in der Lieferkette:

Für Vestas werden in jeder Produktionsstätte und an jedem Installationsort viele wichtige Werkzeuge und Teile benötigt. Werkzeuge wie Prüflehren werden benötigt, um die Präzision bei den Herstellungs- und Installationsprozessen zu gewährleisten. Vestas hat keinen Spielraum für Fehler bei der Herstellung und Installation: Windturbinen sind teure Anlagen und Ausfallzeiten können kostspielig sein.

In der Vergangenheit hat Vestas die Herstellung vieler Teile an mehrere Drittanbieter in der ganzen Welt ausgelagert. Für jedes Teil werden detaillierte Fertigungsanweisungen bereitgestellt, z. B. für Prüflehren und Werkzeuge zur Markierung der oberen Mitte (TC). Die fertigen Teile werden dann an die Produktionsstätten und Installationsstandorte von Vestas geliefert.

Die Auslagerung der Fertigung kritischer Teile führte jedoch zu einigen Problemen, die letztlich zu Verzögerungen bei der Lieferung und Installation des Endprodukts führten:

• Viele der von Drittherstellern gelieferten Endkontrollmessgeräte entsprachen nicht zu 100 % den Spezifikationen und bestanden die Endkontrolle nicht.
• Für die Teile, die den speziellen Prüfprozess bestanden hatten, war die Herstellung zeitaufwendig und kostspielig. Für einige Teile betrugen die Lieferzeiten im Durchschnitt etwa 5 Wochen, für andere mindestens 12 Wochen.

Lieferkettenlösung:

Aufgrund der Festigkeit und der Materialeigenschaften der mit Onyx hergestellten endlosfaserverstärkten Teile aus Kompositmaterial von Markforged konnten viele Teile, die zuvor maschinell bearbeitet wurden, vor Ort mit einem industriellen 3D-Drucker (X7) von Markforged gedruckt werden, anstatt auf Drittanbieter zurückzugreifen.

Vestas wandte sich an die cloudbasierte Digital Forge, um diese Lieferkettenprobleme mit Additiver Fertigung zu lösen und startete 2021 sein Direct Digital Manufacturing-Programm (DDM). Mit einem Netzwerk von 3D-Druckern an vielen verschiedenen Vestas-Standorten, die über die Markforged Eiger™ 3D-Druckersoftwaremiteinander verbunden sind, können Mitarbeiter an jedem Vestas-Standort mit wenig oder ohne Fachwissen in der Additiven Fertigung problemlos auf einen cloudbasierten digitalen Bestand von mehr als 2000 Vestas-Teilen zugreifen.

Dank dieses digitalen Speichers können die Mitarbeiter von Vestas innerhalb kürzester Zeit und überall auf der Welt Teile drucken, die den Vorgaben entsprechen, ohne dafür Spezialisten zu benötigen. Vestas muss sich keine Sorgen machen, dass Teile bei Abnahmeprüfungen durchfallen, da sie nach exakten digitalen Spezifikationen und mit der Genauigkeit der Digital Forge gedruckt werden. Vestas kann die Genauigkeit seiner Werkzeuge während des Fertigungsprozesses mithilfe der Markforged Blacksmith™ Software für die prozessbegleitende Prüfung, Analyse und Berichterstellung überprüfen.

Die Vorlaufzeiten bei der Herstellung werden drastisch verkürzt, von 5-12 Wochen auf nur 1-2 Tage. Die Kosten für jedes Teil wurden drastisch gesenkt, während laufende Versand- und Frachtkosten wegfallen.

Das Fort Irwin National Training Center der U.S. Army ist ein wichtiger Ausbildungsstützpunkt der Armee. Das NTC befindet sich in San Bernardino, Kalifornien, und ermöglicht ein realistisches gemeinsames und kombiniertes Waffentraining, um Soldaten und Führungskräfte der US-Armee für den Einsatz zu schulen. Soldaten werden für anstehende Einsätze in aller Welt ausgebildet.

Herausforderungen in der Lieferkette:

Das Fort Irwin National Training Center benötigt unterschiedlichste Spezialausrüstung wie Militärfahrzeuge und militärisches Gerät, um eine realistische Ausbildung für Einsätze zu ermöglichen. Die Ausrüstung wird durch den wiederholten Einsatz stark beansprucht, da das NTC ständig neue Soldaten für Einsätze ausbildet.

Wenn ein Teil während der Ausbildung kaputt ging, bedeutete dies in der Vergangenheit, dass die Soldaten einfach weniger militärisches Gerät im Ausbildungszentrum zur Verfügung hatten. Da sich das Fort Irwin National Training Center an einem abgelegenen Ort befindet, betrug die Vorlaufzeit für Ersatzteile bis zu 3 Monate.

Ein einziges defektes Teil konnte schwerwiegende Auswirkungen auf die Qualität der Ausbildung einer Einheit haben, selbst ein einziges Bauteil konnte ein Gerät oder ein Fahrzeug völlig unbrauchbar machen.

Lieferkettenlösung:

Mit dem 3D-Metalldruck (Metal X System), einem Markforged X3und einem Desktop-3D-Drucker (Mark Two) hat die Digital Forge dem Army NTC geholfen, die Additive Fertigung an den Standort zu bringen, die Bereitschaft zu erhöhen und die Verfügbarkeit von Ausrüstung und Fahrzeugen für die Ausbildung aufrechtzuerhalten.

Die Verbunddruckern von Markforged werden von der US-Army zum Drucken von persönlicher Schutzausrüstung (PSA), Teilen für Militärfahrzeuge (Scheibenwischerhalterungen, Lukendeckel usw.), einer Palette von Werkzeugen und anderen Teilen für die Kleinserienfertigung eingesetzt.

Eine einzige spezielle Anwendung hat der US-Armee 244.000 Dollar eingespart: Lukendeckel, die auf Fahrzeugen angebracht werden und dem Fahrer bei schlechten Lichtverhältnissen die Sicht bei Nacht erleichtern. Der Lukendeckel ist ein seltenes aber kritisches Ersatzteil für ein bestimmtes Bauteil, das nicht mehr produziert wird und nicht mehr erhältlich ist. Ohne die interne Additive Fertigung würde die Reproduktion jedes Lukenstopfens bei einer Vorlaufzeit von 3 Monaten etwa 10.000 US-Dollar kosten. Auf der Digital Forge können Lukendeckel aus Onyx für 230 $ oder aus 17-4PH-Edelstahl für 800 $ gedruckt werden.

Automation Alley ist ein gemeinnütziges Wissenszentrum für Industrie 4.0 mit Sitz in Troy, Michigan. Sein Ziel ist es, die vierte industrielle Revolution voranzutreiben, indem es kleinen und mittleren Unternehmen in Michigan dabei hilft, Industrie 4.0-Aktivitäten zu erweitern, um Innovation zu fördern, die Widerstandsfähigkeit zu stärken und die Agilität zu verbessern.

Herausforderungen in der Lieferkette:

Während eines großen Teils der laufenden weltweiten Pandemie wurden die Bemühungen zur Eindämmung von COVID-19 durch kritische Lücken in der Lieferkette für persönliche Schutzausrüstung (PSA) behindert. Aufgrund von Verzögerungen in der Lieferkette und Engpässen, die auch im Jahr 2022 noch andauern, war es fast unmöglich, medizinische Geräte schnell herzustellen, um auf dringende Anforderungen zu reagieren.

Darüber hinaus wäre eine zeitnahe Produktion medizinischer Geräte als Reaktion auf einen akuten Bedarf mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht möglich, da diese die Herstellung von Werkzeugen erfordern, bevor mit der Produktion der endgültigen Teile überhaupt begonnen werden kann. Verfahren wie das Spritzgießen würden Wochen in Anspruch nehmen, bevor mit den ersten Produktionsschritten begonnen werden könnte.

Lieferkettenlösung:

Automation Alley konnte mit Hilfe von Zuschüssen aus dem CARES ACT 2020 der Counties Oakland und Macomb in Michigan das weltweit größte dezentrale Fertigungsnetzwerk ins Leben rufen, das als Projekt DIAMOnD (Distributed, Independent, Agile Manufacturing on Demand) bekannt ist.

Ziel des Projekts DIAMOnD ist es, die Agilität und Widerstandsfähigkeit lokaler Hersteller zu verbessern, indem sie bei der Ausweitung ihrer Industrie-4.0-Aktivitäten unterstützt werden und gleichzeitig ein groß angelegtes Notfallnetzwerk für den Druck von Objekten auf Anfrage zu schaffen. Im Gegenzug für die Bereitstellung von Markforged 3D-Druckern an kleine und mittlere Unternehmen in ganz Michigan drucken diese wichtige medizinische Geräte (z. B. PSA für Mitarbeiter im Gesundheitswesen), wenn sie dazu aufgefordert werden.

Im April 2022 wurde das Notfallnetzwerk mit über 300 Markforged-Druckern zum ersten Mal aktiviert. Das Projekt DIAMOnD wurde genutzt, um Tourniquet-Clips aus Onyx in Serie zu produzieren, die dann in die Ukraine geschickt wurden, um der dortigen Bevölkerung die erforderliche medizinische Hilfe zur Verfügung zu stellen.

Die Koordination von Massendruckaufträgen mit über 300 3D-Druckern klingt nach einer komplizierten und beängstigenden Aufgabe. Mit 3D-Drucksoftware , die die Eiger Fleet-Schnittstelle verwendete, war dies jedoch ganz einfach.

Eiger bietet ein digitales Repository für Teiledateien und Automation Alley war in der Lage, das Design des Tourniquet-Clips sofort im gesamten Netzwerk zu verteilen und es mit nur einem Mausklick zur Warteschlange jedes Druckers hinzuzufügen.

Cabin Management Solutions (CMS) mit Sitz in Conroe, Texas, ist ein Luft- und Raumfahrtunternehmen, das Kabinensteuerungs- und Unterhaltungssysteme für Privat- und Geschäftsflugzeuge im Luxussegment entwickelt und installiert. CMS arbeitet mit Unternehmen für die Wartung, Reparatur und Überholung von Luftfahrzeugen und privaten Eigentümern zusammen, um diese maßgeschneiderten Lösungen für die Flugzeuginnenausstattung zu liefern.

Herausforderungen in der Lieferkette:

CMS wurde als kostengünstige und schnell umsetzbare Alternative zu den langen Vorlaufzeiten und hohen Kosten gegründet, die mit der Wartung, dem Upgrade und dem Austausch von Flugzeugkabinen verbunden sind. Viele Aspekte des Geschäfts sind jedoch sehr zeitaufwendig, was die Projektlaufzeiten und die Vorlaufzeiten für die Kunden verlängern kann.

• Jeder kundenspezifische Einzelauftrag ist in der Regel zeitaufwändig: Teile müssen oft entworfen, hergestellt und in bereits vorhandene Anordnungen von Flugzeugen eingepasst werden. Da es nicht ungewöhnlich ist, dass sich Kundenwünsche mitten in der Produktion dieser Teile ändern, muss CMS die Agilität besitzen, Änderungen im laufenden Prozessen vorzunehmen. Projekte von Kunden müssen rechtzeitig fertiggestellt werden, um das Wertversprechen von kurzen Vorlaufzeiten zu erfüllen.
• Da viele der von CMS durchgeführten Reparatur- und Modernisierungsarbeiten an Luxusjets durchgeführt werden, erfordern diese Projekte häufig spezielle Teile und Komponenten, die nicht mehr produziert werden.
• Jedes Teil und jedes Material, das CMS in seinen Projekten verwendet, muss für die Zulassung durch die Federal Aviation Administration (FAA) gründlich getestet werden und die Qualität rückverfolgbar sein.

Lieferkettenlösung:

Durch die Anschaffung eines Markforged X7 3D-Industriedruckers zur internen Herstellung der benötigten Teile und Komponenten kann Cabin Management Solutions nun mehr Aufträge annehmen und jedes einzelne Projekt schneller abschließen.

Durch den Druck mit Onyx FR mit Carbonfaserverstärkung auf dem X7 können Bauteil für die Endanwendung schnell hergestellt werden. Selbst für die sichtbaren Anwendungen von CMS, bei denen die Ästhetik im Vordergrund steht, müssen die mit dem X7 gedruckten Teile nicht nachbearbeitet werden.

Darüber hinaus ist Onyx FR ein nach UL 94 V-0 zertifiziertes, flammhemmendes Material. Mit Onyx FR gedruckte Teile sind äußerst fest, leicht und ausreichend flammhemmend, um die Vorgaben der FAA in jeder Anwendung schnell zu erreichen.

Für ein bestimmtes Projekt druckte CMS mit dem X7 über 100 verschiedene Teile für einen Jet. Zu den Teilen gehörten verstellbare Touchscreen-Halterungen, Lichtschalterblenden, USB-C- und Drop-in USB-A-Ladegeräte, eine Kabinen-Klimasteuerung, Verriegelungen, Entriegelungstasten und mehr.

Nieka Systems ist ein kanadischer Hersteller von Geräten zur Vorbereitung von Boratfusionsproben für Kunden in der Bergbau- und Zementindustrie. Mit den Maschinen von Nieka können Erz- und Zementproben in Glasscheiben eingeschmolzen werden, um eine genaue Analyse der Zusammensetzung durchzuführen und die Qualitätskontrolle zu unterstützen.

Niekas Maschinen mischen und lösen Materialproben in geschmolzenem Boratflussmittel in einem Platintiegel bei Temperaturen von über 1000 Grad Celsius auf. Diese Platintiegel werden mit dünnen Metallklammern, die den Tiegel mit dem Gerät verbinden, über Gasbrenner oder elektrische Heizelemente gehängt. Wenn die Probe vollständig im Flussmittel aufgelöst ist, kippt die Maschine die Tiegel und gießt den geschmolzenen Inhalt zum Abkühlen in eine Platinform. Später können die bei Raumtemperatur präparierten Proben entnommen und in einem separaten Gerät mit Röntgenstrahlen analysiert werden.

Herausforderungen in der Lieferkette:

Ursprünglich hatte Nieka die Herstellung von Tiegelclips auf Inconel-Basis an ein externes Dienstleistungsunternehmen für den 3D-Druck ausgelagert. Die Lieferzeiten waren jedoch sehr lange, sehr unterschiedlich und schwer vorhersehbar.

Nieka war ein wachsendes Unternehmen: Seine Produkte waren für Kunden in über 20 Ländern der Welt erhältlich. Aufgrund der langen Lieferzeiten und den Unsicherheiten, die mit der Inanspruchnahme der Dienstleister verbunden waren, war es für Nieka immer unsicherer, die weltweite Nachfrage nach seinen Produkten zu erfüllen.

Lieferkettenlösung:

Durch die Einführung der Additiven Fertigung im eigenen Unternehmen mit dem Metal X-System konnte Nieka seine Inconel-Tiegelklammern in deutlich geringerer Zeit herstellen, was zu einheitlichen und planbaren Lieferzeiten führte.

Der gesamte Produktionsvorgang jeder Charge von Inconel-Tiegelklemmen bis zur Fertigstellung dauert lediglich vier Tage. Verglichen mit der durchschnittlichen Lieferzeit des externen Anbieters von über vier Wochen bedeutet dies eine Verkürzung der Lieferzeiten um 86 %.

Die Herstellung jeder einzelnen Charge der erforderlichen Klemmen ist außerdem 10-mal günstiger als der Preis für die Auslagerung der Produktion an einen externen Hersteller. Louis Croisetiere, Ph.D. und Gründer von Nieka Systems, schätzt, dass Nieka allein durch diese Anwendung durchschnittlich 108.000 CAD pro Jahr einspart.