Stahl, Aluminium, Magnesium, Kunststoffe und Halbleiter werden knapp, die deutsche Industrie ist im Nachgang der Corona-Pandemie von Lieferengpässen bedroht. Eine aktuelle Studie von KfW Research zeigt: Rund jeder vierte Mittelständler kann Liefertermine nicht einhalten, jeder zehnte muss wegen Materialmangel Aufträge ablehnen und etwa 26 Prozent sind gezwungen, ihre Preise anzupassen.
Die Beschaffung gehört deshalb im Moment zu den größten Herausforderungen, der sich die Industrie gegenübersieht. 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.
Ersatzteile aus dem 3D-Drucker
Der Aufbruch in diese Richtung erfordert ein ganzes Bündel aus Maßnahmen, etwa neue Organisationsstrukturen und andere Produktionsweisen. Ein wichtiges Element ist Additive Manufacturing (Additive Fertigung), also der industrielle 3D-Druck von Kunststoffen, Kunstfasern und Metallen. Seine Ergebnisse sind kaum noch von herkömmlich produzierten Gütern zu unterscheiden.
Mit 3D-Druck Lieferketten stabilisieren
So sind bereits einige Unternehmen dazu übergegangen, Ersatzteile nicht mehr im Stammwerk zu produzieren und dann aufwendig an den Zielort zu transportieren. 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.
Auch in einer akuten Krise kann der 3D-Druck helfen und sogar Leben retten – wie im Frühjahr 2020. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU hatte in der Corona-Frühphase zusammen mit der Uniklinik Leipzig in Rekordzeit ein 3D-gedrucktes Notfallbeatmungsgerät entwickelt und die Baupläne und Konstruktionsdaten kostenlos zur Verfügung gestellt.
Mehr Menschen werden verrentet als ausgebildet
Das zeigt die Möglichkeiten des 3D-Drucks, Lieferkrisen auszugleichen und die Supply Chain generell effizienter zu machen. Doch Lieferstörungen sind nicht die einzige Herausforderung, der sich mittelständische Unternehmen gegenübersehen. Zwei weitere Entwicklungen belasten ebenfalls die Industrieproduktion: Der Fachkräftemangel und der Klimawandel.
Der Fachkräftemangel gehört zur harten Realität der deutschen Wirtschaft. Denn er ist die Folge einer alternden Erwerbsbevölkerung. Es gibt in allen Branchen zu wenig Nachwuchs, bei gleichzeitig erhöhtem Bedarf an qualifizierten Fachkräften. Zudem stehen im Moment die geburtenstarken Jahrgänge kurz vor der Verrentung. In der Konsequenz führt das dazu, dass mehr Menschen das Berufsleben verlassen als eintreten. Dies wird in einigen Unternehmen zu Personallücken führen.
Diese Entwicklung betrifft nicht nur den boomenden IT-Sektor, sondern so gut wie jede Branche. Logistiker suchen händeringend nach Fahrern, Mittelständler und Softwareanbieter konkurrieren um eine begrenzte Zahl an Entwicklern, hochqualifizierte Facharbeiter in der Industrieproduktion sind Mangelware. Die Unternehmen müssen hier rasch reagieren.
CO2-Neutralität und Kreislaufwirtschaft bestimmen bald die Produktion
Hinzu kommen der Klimawandel und seine Bewältigung. 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.
Eine sinnvolle Reaktion auf die Herausforderungen ist die Anpassung der Produktionsverfahren. Additive Manufacturing ist gut geeignet, da es weniger aufwendig ist. 3D-Drucker werden digital angesteuert und fertigen Werkstücke oder vollständige Produkte direkt aus den Dateien heraus. Selbst die manuelle Kalibrierung mit Probedrucken ist bei modernen Geräten für die Industrie nicht mehr nötig.
Dadurch ist die Fertigung mit 3D-Druckern stärker automatisiert und die Systeme arbeiten oft ohne den Eingriff von menschlichen Arbeitskräften. Das ist vor allem für kleinere Unternehmen interessant. Sie sind 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.
3D-Druck als Teil eines Fertigungssystems
Letztlich senkt der 3D-Druck nachhaltig den Aufwand in der Fertigung. Denn die großen Lager abzubauen, auf Vorprodukte zu verzichten und direkt mit dem Drucker zu fertigen ist ökologischer und ressourcenschonender. Die Unternehmen benötigen nur einen Vorrat an 3D-Druck-Materialien (Kunststoff-Filamente und Metallpulver), mit dem Bauteile oder ganze Produkte passgenau hergestellt werden.
Die additive Fertigung ist zwar leistungsfähig, doch ganze Produkte aus dem 3D-Drucker sind eher eine Ausnahme. Ein Beispiel ist das erwähnte 3D-gedruckte Beatmungsgerät: Lüftermotoren, Messgeräte und die Bedienelemente sind gängige Produkte von Elektronikherstellern. Durch die Kombination von konventionellen Vorprodukten und 3D-gedruckten Teilen können Unternehmen so besser auf eine veränderte Marktsituation oder kurzfristige Aufträge reagieren.
Dieses Prinzip ist das eigentliche Zukunftsszenario: Die Unternehmen bauen neue Fertigungssysteme auf, in denen 3D-Druck ein integraler Bestandteil ist. Damit sind auch kleinere und mittelgroße Unternehmen in der Lage, flexible Fertigungslinien aufzubauen. Zudem ist es möglich, den vorhandenen Maschinenbestand sinnvoll weiter zu nutzen und durch additive Fertigung zu ergänzen. Diese Entwicklung steht erst am Anfang, doch das Potenzial ist gigantisch.
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