Wie datengesteuerte 3D-Drucker die Fertigung verändern werden

KI kommt ins Spiel
Beim derzeitigen Stand der Fertigungstechnologie kann die KI ein Hardwareproblem in eine Softwarelösung umwandeln. Maschinelles Lernen kann die Hardware optimieren und 3D-Drucker durch Software-Updates automatisch verbessern, um die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen und die Auflösung zu verbessern. KI kann Unternehmen dabei helfen, festzustellen, welche Teile, wenn sie im eigenen Haus durch additive Fertigung hergestellt werden, die größten Auswirkungen auf ihr Endergebnis haben. Sie kann auch eine Verbindung zu digitalen Katalogen bestehender Teile herstellen und erkennen, welche spezifischen Teile sich am besten für den Druck mit verschiedenen AM-Techniken eignen.

Durch die Anbindung an Cloud-Software können 3D-Drucker mithilfe von maschinellem Lernen automatisch Werkzeugvorrichtungen für die gedruckten Teile erstellen. Hersteller mit ausgereifteren AM-Kenntnissen wenden KI-basierte Optimierungen während der Designphase neuer Teile an und simulieren, wie sich das digitale Design eines Teils nach dem Druck unter bestimmten Belastungen verhalten wird. KI wird in der künstlichen Intelligenz auch eingesetzt, um Druckfehler zu erkennen (und den Druck bei Bedarf proaktiv anzuhalten) und um Teile während des Drucks zu prüfen, um Qualität und Konformität sicherzustellen.

Ähnlich wie bei Tesla-Autos lernt auch die Hardware im Feld ständig dazu, wird verbessert und mit jedem Update intelligenter. In dem Maße, in dem die Anbieter die Qualität der während der Fertigung gesammelten Informationen und die Art und Weise der Datenerfassung darüber, wie jedes 3D-gedruckte Teil seine Aufgabe im Feld erfüllt, verbessern, nähert sich die Fertigungstechnologie einem vollautomatischen “Closed-Loop”-Druckprozess. Sie kann einfach mit einem realen Fertigungsproblem konfrontiert werden, das es zu lösen gilt, und dann das Teil mit der spezifischen digitalen Fertigungstechnologie entwerfen und herstellen, die angesichts der definierten Zeit-, Kosten- und Leistungsbeschränkungen am sinnvollsten ist.

Diese intelligente, in sich geschlossene Automatisierung der Fertigung nimmt den Herstellern eine enorme Last ab. Die Möglichkeit, die Herstellung von Teilen zu automatisieren – und zwar auf eine Art und Weise, die sowohl schnell als auch zuverlässig ist – steigert den Output und die Produktionsgeschwindigkeit der Hersteller erheblich. Und während AM von Natur aus den Prozess der Teileherstellung rationalisiert, trägt jede kluge Anwendung der von den Druckern gesammelten Daten zur Rationalisierung bestimmter Punkte innerhalb des AM-Prozesses bei. Ingenieure können sich von lästigen manuellen Aufgaben lösen, die jetzt automatisiert sind – wie z. B. die Qualitätsprüfung und die manuelle Konstruktion von Werkzeugen oder Vorrichtungen für Teile – und sich auf Innovationen und die Lösung interessanterer Probleme konzentrieren. Die Maschinenbediener können sich auf die Herstellung der Teile konzentrieren, die entweder den größten Geschäftswert darstellen oder nur durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden können.

Verbesserung der Lieferkette
Der größte Bereich, in dem diese datengesteuerten 3D-Drucker etwas bewirken können? Die globalen Lieferketten der Hersteller – wo die Unfähigkeit, schnell und flexibel auf laufende Störungen zu reagieren, oft massive Hindernisse für den Erfolg schafft. Die Einführung von Just-in-Time-Fertigungsprozessen hat zu einer Welt brüchiger Lieferketten geführt, die nicht in der Lage waren, Schritt zu halten, als die Unterbrechungen der Lieferkette durch die Pandemie den gesamten Globus überspülten.

Das Jahr 2020 machte diese Unsicherheit deutlich.

Der Zustand der globalen Lieferketten hat sich in den darauffolgenden Jahren nicht wesentlich verbessert, und die Produktion im Jahr 2022 ist immer noch nichts für schwache Nerven. Während die Komplexität und die allgemeinen Schwierigkeiten bei der Beschaffung von Teilen und Materialien weiterhin zu unzähligen Verzögerungen, Engpässen und steigenden Preisen führen, ist dies ein Problem, das mit einigen proaktiven Maßnahmen vermeidbar ist – und die Welt hat es begriffen. Mit der Einführung von Initiativen auf Bundesebene, wie dem Additive Manufacturing Forward-Programm der US-Regierung, wenden sich globale Lieferketten zunehmend dem 3D-Druck zu, um kurze Lieferzeiten und Produkte zu erhalten, die bequem an den gewünschten Ort geliefert werden können. Der Wert intelligenter 3D-Drucker für die Lieferkette wird jedoch noch relativ unterschätzt. Intelligentere 3D-Drucker sind präziser und ausfallsicherer; ihr geschlossener Lernkreislauf kann eine weitere Versicherungsschicht gegen unzeitgemäße Verzögerungen und Ausfälle hinzufügen.

In Anbetracht des heutigen Arbeitskräftemangels werden die neueren intelligenten Automatisierungsfunktionen, die die Anbieter auf den Markt bringen, wahrscheinlich auch den 3D-Druck für Hersteller mit knappen Arbeitskräften attraktiver machen, was die Akzeptanz von AM fördert und letztlich das Angebot stabilisiert.

Darüber hinaus verkürzt die Unterstützung menschlicher Entscheidungen in den kritischen Problemlösungsphasen und die vollständige Automatisierung vieler manueller Prozesse die Vorlaufzeiten für Teile noch weiter, zusätzlich zu der Zeit, die durch die schnellere Fertigung und die bequeme Logistik am Ort des Bedarfs eingespart wird.

Die Spitze des Eisbergs
Da sich die KI im 3D-Druck immer weiter entwickelt, ähneln die Arbeitsabläufe in den Fabriken zunehmend der Vision der Branche von einer vollautomatischen Fertigung.

Wenn man bedenkt, wie intelligent AM die heutigen unterbrochenen Lieferketten angeht, kann man sich vorstellen, welche Auswirkungen die intelligentesten 3D-Drucker haben werden, die noch auf uns warten. Die vollautomatische Konstruktion, Fertigung und Qualitätskontrolle von Teilen für bestimmte Probleme wird nicht nur den Personalbedarf für die Bewältigung vieler akuter Probleme in der Lieferkette auf nahezu Null reduzieren und die Vorlaufzeiten weiter verkürzen. Sie wird auch Bauteildesigns aufdecken, die es den Herstellern ermöglichen, aus jedem 3D-gedruckten Teil die beste Leistung und den besten Geschäftsertrag zu erzielen, und sie wird Designs aufdecken, die die anspruchsvollsten Probleme lösen können, vergleichbar mit den besten Ingenieurskräften.

Die Einführung der additiven Fertigung nimmt weiter zu, um die aktuellen Herausforderungen in der Lieferkette zu bewältigen. Neben der additiven Fertigung erweitern die Industrie 4.0-Technologien die Grenzen der Möglichkeiten von 3D-Druckern und ihres Nutzens für Unternehmen.

Für die Fertigungsindustrie ist der Blick in die Zukunft klar. Die offene Frage sollte uns nun veranlassen, den Blick nach innen zu richten.

Warum hat es angesichts des Tempos, in dem sich die KI in anderen Branchen durchgesetzt hat, so lange gedauert, bis effektive KI in der Fertigung Einzug gehalten hat, und was hält mehr Hersteller davon ab, diese Technologien schneller und umfassender einzuführen? Die Antwort könnte in dem ständigen Kampf zwischen Innovation und Risikominderung liegen – eine Frage, die sich bei KI als falsche Gegensätze erweisen könnte.