Industrie 4.0 im Kontext professioneller 3D-Drucker

Professionelle 3D-Drucker nutzen heute ergänzende Technologien – wie Cloud-Konnektivität, Datenanalyse, Automatisierung und Software-Integrationen – um Herstellern zu helfen, jeden Drucker auf neue und innovative Weise zu nutzen.

Die Einbindung dieser Technologien in professionelle 3D-Drucker ist Teil der digitalen Transformation der Fertigung, die allgemein als Industrie 4.0 bezeichnet wird. Lesen Sie diesen Blog, um zu erfahren, was Industrie 4.0 in einfachen Worten bedeutet, welche Rolle die heutigen professionellen 3D-Drucker in der Industrie 4.0 spielen und wie additive Fertigungsplattformen mit Hilfe von Industrie 4.0-Technologien Lösungen für Probleme bieten.

Definition von Industrie 4.0

McKinsey & Company definiert Industrie 4.0 als Bezeichnung für die breitere “Digitalisierung des Fertigungssektors” – konkret bedeutet dies die Anwendung neuer Technologien in Fertigungsanlagen zur Verbesserung der Prozesse.

Zu den wichtigsten Themen und Merkmalen von Industrie 4.0 gehören:

  • Die Fähigkeit verschiedener Geräte und Maschinen in der Fabrik – wie Drucker und Sensoren -, Informationen digital zu senden und voneinander zu empfangen.
  • Sammlung von Daten von Sensoren in Maschinen und Geräten innerhalb der Fabrik zur Überwachung.
  • Die Fähigkeit technologischer Systeme, 1.) die menschliche Entscheidungsfindung zu unterstützen und 2.) die Ausführung unsicherer physischer Aufgaben zu erleichtern.
  • Eine Verlagerung hin zu intelligenten, automatisierten Systemen, die ein Minimum an menschlicher Aufsicht erfordern.

Zu den spezifischen Technologien, die Industrie 4.0 vorangetrieben haben, gehören Cloud Computing, künstliche Intelligenz (KI), das industrielle Internet der Dinge (IoT), Datenanalyse, Industrieroboter, professionelle 3D-Drucker und Big Data. Auch wenn diese einzelnen Technologien nicht ausdrücklich für den Einsatz in intelligenten Fabriken entwickelt wurden, beschreibt Industrie 4.0 das Wachstum und die Reifung ihrer Anwendung in Fabrikumgebungen.

Die Beziehung zwischen Industrie 4.0 und der additiven Fertigung

Die additive Fertigung ist eine Technologie, die der Industrie 4.0 zugrunde liegt. Dabei werden digitale Eingaben in physische Ausgaben umgewandelt. Digitales Inventar in Form von CAD-Dateien wird in 3D-Drucker-Software hochgeladen, was zu einer Umwandlung des digitalen Objekts in ein physisches Äquivalent führt.

Im Wesentlichen handelt es sich um eine Möglichkeit, die Kerntechnologien der Industrie 4.0 – wie Cloud Computing, intelligente Automatisierung, IoT-Geräte, digitales Inventar und Datenanalyse – direkt auf den Fertigungsprozess selbst anzuwenden. Während dies bisher nur für ausgewählte, weniger anspruchsvolle Anwendungen möglich war, ermöglicht die Erweiterung der professionellen 3D-Druckertechnologien – wie z. B. ein breiteres Materialangebot sowohl bei Verbundwerkstoffen als auch bei Metallen sowie erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Qualität – eine komfortable Digitalisierung von Fertigungsprozessen für ein weitaus breiteres Spektrum von Anwendungen und in größerem Umfang als bisher. In gewisser Weise ist der 3D-Druck die spezifische Technologie, die Industrie 4.0 am besten verkörpert: Unter der Liste der einzelnen Technologien, die sie gemeinsam prägen, ist der 3D-Druck die einzige, die die definierenden Merkmale ganzheitlich auf die tatsächliche Herstellung von Teilen anwendet.

Während die Fähigkeiten professioneller 3D-Drucker zur Gestaltung von Industrie 4.0 beigetragen haben, haben viele Industrie 4.0-Technologien auch das Wachstum der additiven Fertigung vorangetrieben. Als die ersten professionellen 3D-Drucker eingeführt wurden, waren sie nichts weiter als einzelne Hardwarekomponenten. Seitdem hat sich die additive Fertigung mit der Industrie 4.0 zu den heutigen vollwertigen 3D-Druckplattformen weiterentwickelt, die über fortschrittliche 3D-Drucksoftware, Konnektivität zu Geräten an unterschiedlichen geografischen Standorten, eine breite Palette fortschrittlicher Analysen und KI-gesteuerte automatisierte Funktionen wie die autonome Teileprüfung verfügen.

Beispiele für den Einsatz von Industrie 4.0-Technologien in 3D-Druckern

Damit Hersteller das Beste aus jedem professionellen 3D-Drucker herausholen können, haben Anbieter von Lösungen für die additive Fertigung die wichtigsten Industrie 4.0-Technologien in ihre 3D-Druckerplattformen integriert.

Hier sind Beispiele für diese Technologien, wie sie professionelle 3D-Drucker ergänzen und wie sie Probleme für Hersteller lösen:

Cloud Computing bietet Konnektivität zwischen Benutzern und jedem professionellen 3D-Drucker, der von einem Unternehmen betrieben wird, über verschiedene geografische Standorte hinweg. Ein Benutzer kann sich an seinen Laptop setzen und den Druck eines Reparaturteils für eine Fabrik auf der anderen Seite des Globus starten.

Mit einem digitalen Inventar von Teilen als in der Cloud gespeicherten Datenelementen bringt diese Fähigkeit zahlreiche Vorteile mit sich: Hersteller müssen keine großen Mengen an Lagerbeständen vorhalten und können effektiv mit einem schlanken Fertigungsmodell mit Just-in-Time-Produktion (JIT) arbeiten. Darüber hinaus ermöglicht ein verteiltes Fertigungsmodell den Anwendern, Komplikationen in der Lieferkette zu vermeiden und die Teile einfach schneller zu erhalten, indem sie genau dann gedruckt werden, wenn sie benötigt werden, anstatt einen Auftrag für ein Teil zu erteilen, das an einem Ort hergestellt und dann an den Ort des Bedarfs geliefert werden soll.

Die Software für die heutigen professionellen 3D-Drucker bietet ihren Benutzern auch verschiedene Datenanalysen. Unternehmen können Kennzahlen wie Materialverbrauch, Druckauftragsmengen pro Benutzer nach Zeitintervallen, Druckerbandbreite pro Benutzer, hochgeladene Teile pro Woche und benutzerdefinierte Analysefelder verfolgen. Druckzeiten und Kosten pro Druckauftrag werden anhand von Variablen wie Teilegröße, Material und Volumen der zur Verstärkung der Kunststoffmatrix verwendeten Fasern berechnet. Mithilfe dieser Analysen können Unternehmen die Nutzungsmuster der Geräte verstehen und die Ressourcen entsprechend optimieren.

Professionelle 3D-Drucker sind von Natur aus automatisiert – ein einfaches Drücken auf den “Druck”-Knopf bringt Sie in wenigen Stunden bis Tagen vom Entwurf zum fertigen Teil, ohne dass Sie selbst Hand anlegen, verwalten oder beaufsichtigen müssen. Bei der additiven Fertigung im eigenen Haus müssen sich Ingenieure nicht um zeitaufwändige Beschaffungsaktivitäten wie das Erstellen von Zeichnungen, das Einreichen von Bestellungen und die Verwaltung des Ausschreibungsverfahrens mit mehreren Anbietern kümmern.

In jüngster Zeit wurde die Qualitätsprüfung von Teilen vollständig automatisiert – während des Herstellungsprozesses kann eine KI-gestützte 3D-Drucksoftware überprüfen, ob ein gedrucktes Teil sofort in der Fabrik verwendet werden kann, und automatisch Berichte zur Teilequalität und Rückverfolgbarkeit erstellen.

Über die APIs der 3D-Drucksoftware können professionelle 3D-Drucker auch in andere Kernsysteme innerhalb einer intelligenten Fabrik integriert werden, z. B. in ein Manufacturing Execution System (MES), Enterprise Resource Planning (ERP) oder Enterprise Asset Management (EAM) System. Druckaufträge können über jedes dieser Systeme ausgelöst werden. Wenn ein Benutzer ein Teil in einem dieser Systeme anfordert, kann dieses System einen automatischen Druckauftrag in einem bestimmten 3D-Drucker auslösen.

 

Was bedeutet das für die Hersteller?

Durch die Integration von Industrie 4.0-Technologien hat AM den Herstellern die Möglichkeit gegeben, ihre Fertigung über geografische Standorte hinweg zu vernetzen, ein schlankes Fertigungsmodell mit dem Zugriff auf ein digitales Inventar zu ermöglichen und viele der mühsamen Aufgaben zu automatisieren, die mit der Herstellung von Teilen verbunden sind.

Mit der weiteren Entwicklung professioneller 3D-Druckertechnologien ist zu erwarten, dass die Digitalisierung durch Industrie 4.0-Technologien ein noch breiteres Spektrum an digitalen Fertigungsanwendungen erreichen wird.

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