3D-Druck im Jahr 2024 – Prognosen

Wie wird sich der 3D-Druck im Jahr 2024 entwickeln? Antworten auf diese Frage geben Henrike Wonneberger, Mitbegründerin und COO von Replique, Björn Klaas, Vice President and Managing Director von Protolabs Europe und Reji Puthenveetil, EVP, Industrial Solutions, 3D Systems.

Inhaltsverzeichnis
1. Herausforderungen für Hersteller im Bereich additiver Fertigung
2. Chancen für Hersteller im Bereich additiver Fertigung
3. „4D-Druck“ ermöglicht neuartige Anwendungen
4. 3D-Druck wächst 2024 in der Halbleiterfertigung
5. Elektronik geht in die Massenproduktion

„Mit Blick auf das Jahr 2024 ist die 3D-Druck-Branche auf Wachstum und Reifung eingestellt“, sagt Henrike Wonneberger, Mitbegründerin und COO von Replique. Man beobachte bei den Unternehmen ein wachsendes Bewusstsein für die Bedeutung des 3D-Drucks, und es sei an der Zeit, ihn als primäres Produktionsverfahren für kleine bis mittlere Serien bereits in der ersten Designphase nahtlos zu integrieren.

Unter den bestehenden Dienstleistern sei ein Trend zur Marktkonsolidierung zu beobachten. Replique erwartet, dass zentralisierte Plattformen eine Schlüsselrolle spielen werden, indem sie den Unternehmen eine einheitliche Schnittstelle für verschiedene Dienstleistungen bieten und damit die Herausforderung der Fragmentierung der Branche angehen. Wonneberger: „Dieser Trend zur Dezentralisierung zielt nicht nur auf Skalierbarkeit ab, sondern auch auf eine kollaborative, transparente und effiziente Lieferkette.“

Herausforderungen für Hersteller im Bereich additiver Fertigung

Die größten Herausforderungen, mit denen Hersteller konfrontiert sein werden, liegen, laut Wonneberger, in den Bereichen

• Qualitätskontrolle,
• Materialstandardisierung und
• Integration des 3D-Drucks in bestehende Produktionsabläufe.

Bestehende Ersatzteile seien noch immer auf die traditionelle Fertigung ausgerichtet, was eine erhebliche Hürde für die Integration des 3D-Drucks darstellt. Wonneberger: „Die Optimierung von Konstruktionen für die additive Fertigung hat jedoch das Potenzial, einen Business Case aus dem unrentablen Bereich in den rentablen zu bringen und das Gewinnpotenzial zu erhöhen. Die Überbrückung der Kluft zwischen traditioneller Fertigung und additiven Fertigungsverfahren wird der Schlüssel für eine breite Akzeptanz sein.“

Dr. Henrike Wonneberger, COO & Co-Founder von Replique im Interview

Chancen für Hersteller im Bereich additiver Fertigung

„2024 ist das Jahr, in dem es darum geht, gebundenes Kapital zu reduzieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben“, sagt Wonneberger. Unternehmen müssen Prozesse analysieren, die nicht effizient sind. Dazu gehöre eine kritische Analyse ineffizienter Prozesse, wobei der Schwerpunkt auf der Minimierung der Lagerkosten liegen werde, die oft bis zu 20 % der Gesamtausgaben für Teile ausmachen. „Die Umstellung auf ein digitales Lager mit On-Demand-Fertigung kann eine große Chance sein. Dadurch entfällt die Notwendigkeit umfangreicher physischer Lagerbestände, so dass sich Unternehmen schnell und effizient an wirtschaftliche Schwankungen anpassen können“, sagt Wonneberger.

Darüber hinaus können Unternehmen über ein angeschlossenes Produktionsnetzwerk dezentral produzieren – genau dann, wenn Teile benötigt werden, ohne Mindestbestellmengen. Dieser Ansatz führe zu höherer Flexibilität und Kosteneffizienz sowie zu einer nachhaltigeren Lieferkette. Wonneberger: „Der Erfolg dieser Plattform hängt von der Erfüllung von Industriestandards ab, wobei nicht nur die Datensicherheit, sondern vor allem die Datenintegrität im Vordergrund steht. Eine einheitliche Qualität für alle Teile, unabhängig von ihrem Produktionsstandort, wird ein wichtiger Aspekt sein.“

„4D-Druck“ ermöglicht neuartige Anwendungen

Björn Klaas, Vice President and Managing Director von Protolabs Europe, ist der Meinung, dass Anwendungen des sogenannten 4D-Drucks 2024 an Bedeutung gewinnen werden: Durch die Verwendung reaktionsfähiger Materialien, die auf äußere Einflüsse wie Wärme, Licht, Feuchtigkeit, elektrischen Strom oder Druck reagieren, können 4D-gedruckte Objekte ihre Form oder Eigenschaften verändern. „Bereits heute zeigen zahlreiche Beispiele aus der Forschung – aber auch tatsächlich Anwendungsgebiete – wie revolutionär diese Technologie ist“, sagt Klaas. „Dass entsprechende Anwendungen in 2024 an Bedeutung gewinnen werden, ist dementsprechend ein Trend, mit dem zu rechnen ist.“

Beispiele für die Entwicklung dieser Systeme sind:

• Luft- und Raumfahrt: 4D-gedruckte Drohnenflügel, die sich als Reaktion auf Stimuli um bis zu 20° biegen können, was die Effizienz erheblich verbessert
• Medizintechnik: Implantate, die sich mit der Zeit an den Körper eines Patienten anpassen
• Intelligente Textilien, die ihre Atmungsaktivität an die Luftfeuchtigkeit anpassen
• Komponenten, etwa in einem Sanitärsystem, die sich als Reaktion auf Temperaturschwankungen ausdehnen oder zusammenziehen.

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3D-Druck wächst 2024 in der Halbleiterfertigung

Reji Puthenveetil, EVP, Industrial Solutions, 3D Systems, sieht eine zunehmend wichtige Rolle der additiven Fertigung insbesondere bei den Halbleitern und den langlebigen Konsumgütern. Die additive Fertigung beweise bereits ihre Fähigkeit, Fertigungsabläufe für eine Vielzahl industrieller Anwendungen zu transformieren. 3D Systems sieht dabei Fortschritte in den Bereichen Gusserzeugnisse, Luft- und Raumfahrt sowie Öl und Gas. Puthenveetil: „Meiner Meinung nach, wird die additive Fertigung zu Beginn des Jahres 2024 jedoch besonders in zwei Branchen eine immer wichtigere Rolle spielen wird – Halbleiter und Elektronik.“

Die Ausstattung für die Halbleiterlithografie und die Wafer-Verarbeitung erfordern konstante Innovationen, um die Anforderungen an Genauigkeit, Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Produktivität in der zunehmend komplexeren Mikrochip-Produktion zu erfüllen. Darüber hinaus bestehe ständiger Bedarf an höherer Qualität, verringerten Gesamtbetriebskosten, kürzeren Markteinführungszeiten und möglichst wenigen Unterbrechungen in der Lieferkette, so Puthenveetil. „Die additive Fertigung hat in der Branche der Halbleiter-Investitionsgüter seit mehr als einem Jahrzehnt ihre Vorteile ausgespielt und ist in den letzten Jahren schnell gewachsen. Wenn auch die additive Fertigung in dieser Branche nichts Neues ist, beobachten wir, dass die Technologie an Dynamik gewinnt.“

3D Systems geht davon aus, dass dies in zwei wichtigen Bereichen der Fall sein wird:

• Beschleunigte Entwicklungszeit: Verringerte Fertigungskomplexität und kürzere Planungszyklen führen zu einer schnelleren Markteinführung von Innovationen. Dies wird besonders bei den Herstellern deutlich werden, die Funktionen mit extrem hoher Dichte wie High-End-Solid-State-Speicher und Hochleistungsprozessoren herstellen.
• Leistungssteigerung: Die additive Fertigung ermöglicht eine neue Generation leistungsfähigerer und präziserer Halbleiter-Investitionsgüter. Dies wird wiederum neue Prozesse ermöglichen, die einen hohen Stromverbrauch und eine präzise Kühlung erfordern. Additiv gefertigte Kühlkörper und Kühlsysteme bieteneine höhere Kühleffizienz pro Quadratzoll als solche, die mit herkömmlichen Methoden hergestellt werden. Dies wird wiederum Innovationen beschleunigen, indem thermische Leistungsbarrieren beseitigt werden, sodass Hardwarehersteller mehr Rechenleistung auf gleichem Raum unterbringen können.

„Der andere Bereich, in dem ich ein zunehmendes Wachstum erwarte, ist die Elektronik“, sagt Puthenveetil. Die additive Fertigung sei bereits vorhanden, allerdings könne sie bereits früher im Prozess eine Kombination von Form und Funktion ermöglichen. Sie habe die Fähigkeit, die Teilekonsolidierung zu erleichtern, die Entwicklung zu beschleunigen und eine hohe Designfreiheit zu bieten. Puthenveetil: „Daher glaube ich, dass wir einen zunehmenden Trend im Design von Konsumgütern sehen werden, bei denen Form und Funktion gleichzeitig berücksichtigt werden können. Denn mit der additiven Fertigung sind wir in der Lage, Designs hervorzubringen, die mit herkömmlichen Technologien nicht möglich wären.“

Elektronik geht in die Massenproduktion

Zudem erwartet 3D Systems, dass die additive Fertigung in der Elektronik stärker für die Massenproduktion eingesetzt wird und weniger nur als Technologie für Prototypen. Als Beispiel nennt Puthenveetil die Steckverbinder-Branche. Dort spiele die additive Fertigung nicht nur bei der Produktion zur langfristigen Bereitstellung von Artikelpositionen eine Rolle, sondern auch beim Design neuer Steckverbinder, um den ständig steigenden Anforderungen in diesem Markt gerecht zu werden. „Da die Branche der additiven Fertigung immer weiter ausreift, werden Anbieter von AM-Lösungen vollständig anwendungsorientierte Lösungen liefern, die Materialien, Hardware, Software und Dienstleistungen umfassen und enorme Effizienzsteigerungen ermöglichen“, sagt Puthenveetil. „Diese kundenspezifischen Lösungen sorgen dadurch für höhere Effizienz in Massenproduktionsumgebungen und halten gleichzeitig die Kosten im Rahmen.“ (eve)