Die Konzepte des Rapid Prototyping und Rapid Tooling spielen eine wichtige Rolle in der additiven Fertigung, da sie die schnelle Entwicklung von Prototypen und Werkzeugen ermöglichen. Rapid Prototyping erlaubt es Entwicklerteams, zügig physische Modelle zu erstellen, während Rapid Tooling die rasche Herstellung von Produktionswerkzeugen ermöglicht. Beide Konzepte tragen nicht nur zur Beschleunigung des Entwicklungsprozesses bei, sondern bringen auch Ressourceneffizienzpotenziale mit sich.
 

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Der präzise Materialeinsatz und die hohen Gestaltungsfreiräume haben das Potenzial, auch Vorteile für die Ressourceneffizienz zu generieren. Wie mehr Ressourceneffizienz mittels additiver Fertigung erzielt werden kann und worauf dabei geachtet werden soll, wird in diesem Kapitel genauer beschrieben. 

Produktentwicklung

Der spätere Ressourceneinsatz in der Produktion, der Nutzungs- und Entsorgungsphase wird maßgeblich von der Produktentwicklung beeinflusst. Es wird davon ausgegangen, dass in der frühen Phase der Produktentwicklung insgesamt etwa 80 % der späteren Umweltauswirkungen eines Produkts festgelegt werden.* VDI Zentrum Ressourceneffizienz (2022): Produktentwicklung (abgerufen am: 21.07.2024). Durch die additive Fertigung ist es möglich, sowohl Prototypen als auch Werkzeuge innerhalb kurzer Zeit zu erstellen (siehe Rapid Protyping und Rapid Tooling). Allgemein können die Potenziale für Ressourceneffizienz mittels additiver Fertigung in der Produktentwicklung wie folgt zusammengefasst werden: 

• Geringer Materialeinsatz: Durch die präzise Schicht-für-Schicht-Herstellung und gezielte Materialverwendung kann die additive Fertigung Materialverschwendung während der Herstellung im Vergleich zu traditionellen Herstellungsverfahren reduzieren.
• Leichtgewichtige Konstruktionen: Die Fähigkeit, leichte Strukturen herzustellen und zu testen, kann zu einer Reduktion des Materialbedarfs in der späteren Nutzungsphase führen. Neben Materialeinsparungen sind damit auch Energieeinsparungen möglich.
• Lokale Produktion: Durch die Möglichkeit der lokalen Herstellung von Teilen wird der Bedarf an Transporten reduziert, was nicht nur kosteneffizient ist, sondern auch den CO₂-Ausstoß verringern kann und somit einen Beitrag zur nachhaltigen Produktion leistet.
• Einsatz umweltfreundlicher Materialien: Die additive Fertigung ermöglicht es, umweltfreundliche, recycelbare oder biologisch abbaubare Materialien zu testen und einzusetzen.
• Bionische Strukturen: Dank der Designfreiheit in der additiven Fertigung können Bauteile nach bionischen Prinzipien optimiert werden. Darüber hinaus ist es möglich, schnell unterschiedliche Geometrien bspw. hinsichtlich der Sachdienlichkeit für Reparaturen oder ein Recycling zu testen.
• Reduzierte Werkzeug- und Formenherstellung: Die hohe Designfreiheit in der additiven Fertigung ermöglicht es, den energie- und ressourcenintensiven Prozess der Werkzeug- und Formenherstellung zu reduzieren, da viele Produkte ohne den Einsatz herkömmlicher Werkzeuge direkt erstellt werden können.

Prinzipien des Ecodesigns

© Eigene Darstellung auf Basis von Ökopol und IDZ (2015): Ecodesign Kit [online][abgerufen am 15.08.2024], verfügbar unter: www.ecodesignkit.de sowie Umweltbundesamt (2019): Ökodesign [online][abgerufen am 15.08.2024], verfügbar unter: www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-konsum/produkte/oekodesign

Gutes-Praxis-Beispiel: „Sustainable Innovation Intelligence“

Das Softwareunternehmen Dassault Systèmes hat im Februar 2022 eine neue Lösung namens „Sustainable Innovation Intelligence“ vorgestellt, die durch eine Kombination von Life-Cycle-Assessment-Daten mit Technologien wie digitalen Zwillingen Nachhaltigkeitsanforderungen in Unternehmen frühzeitig festlegen kann und im Design-, Produktentwicklungs- und Fertigungsingenieurwesen begleitend bei der Umsetzung unterstützt. Die Lösung integriert Materialbeschaffung, Design, Fertigung, Betrieb, Logistik, Vertrieb, Marketing und End-of-Life-Management und bietet Echtzeit-Einblicke, die es den Teams ermöglicht, Probleme oder Verbesserungen virtuell zu identifizieren.* Vogel Communications Group GmbH & Co. KG (2022b): Umweltauswirkungen kennen und minimieren (abgerufen am: 21.03.2023).

Der Begriff „Geschäftsmodell" ist nicht klar definiert, wird aber als das Grundprinzip betrachtet, nach dem eine Organisation Werte schafft, vermittelt und erfasst.  Bei der Entwicklung von Geschäftsmodellen, die additive Fertigungsverfahren beinhalten, empfiehlt es sich, zunächst wichtige Fragen zu Kunden und Kundinnen, Lieferanten und Lieferantinnen sowie internen Abläufen zu stellen. Hilfreich ist hierbei beispielsweise das „Business Model Canvas“.

Vorlage Business Model Canvas herunterladen

Die konkrete Implementierung der additiven Fertigung in (neue) Geschäftsmodelle variiert von Unternehmen zu Unternehmen und hängt u. a. von dem vorhandenen Know-how und der Infrastruktur ab. Damit ressourceneffiziente bzw. nachhaltige Geschäftsmodelle allerdings erfolgreich umgesetzt werden können, müssen sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile daraus generiert werden.

Die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle kann durch verschiedene Ansätze erfolgreich umgesetzt werden, darunter additive Teileherstellung, servicebasierte Geschäftsmodelle, Lizenzierungs- und softwarebasierte Modelle, Schulungsangebote und Integration von Nachhaltigkeit. Einige Umsetzungsansätze sind nachfolgend beschrieben:

• Ersatzteillieferung: Die additive Fertigung ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung von (Ersatz-)Teilen bereits ab Losgröße 1. Da durch die Digitalisierung notwendige Skizzen von Bauteilen als CAD verschickt werden können, ist es bspw. möglich, Services von schnellen und lokalen Reparatur- und Ersatzteillieferungen anzubieten. Neben Überproduktionen können so auch Lagerkosten reduziert werden.
• 3D-Druck-Dienstleistungsunternehmen: Unternehmen können neben der Fertigung auch Dienstleistungen im Zusammenhang mit additiver Fertigung anbieten, wie die Entwicklung von Bauteilen, Designobjekten oder Berechnungen. Insbesondere Unternehmen, die bereits Erfahrungen mit der additiven Fertigung gesammelt haben und 3D-Drucker anwenden, haben so die Möglichkeit, die Drucker höher auszulasten und/oder Beratungsangebote zur Implementierung anzubieten. Die höhere Auslastung der Maschinen trägt außerdem zur Ressourceneffizienz bei. Die Fähigkeit, sowohl die Prototypenfertigung, als auch die Herstellung mit 3D-formgebenden Fertigungsmethoden abzubilden, stärkt somit die Positionierung des Unternehmens innerhalb der Wertschöpfungskette hinsichtlich der Wertschöpfungsumfänge sowie auch der Kund*innenenbindung.
• Lizenzierungs- und softwarebasierte Geschäftsmodelle: Patente und geistiges Eigentum für additiv produzierte Teile, Designs und Softwares nach ökologischen Standards können ebenso die Basis neuer Geschäftsmodelle bilden. Der Erfolg der additiven Fertigung ist stark mit der Digitalisierung verbunden. Softwareangebote zur Optimierung der jeweiligen 3D-Drucker oder zur Analyse von Bauteilen, die sich additiv fertigen lassen, können gleichfalls umgesetzt werden.

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Gutes-Praxis-Beispiel: Rapidobject GmbH

Die Rapidobject GmbH aus Leipzig nutzt jahrelange Erfahrungen im Bereich der additiven Fertigung für Webinare und um Unternehmen bei der Implementierung ganzer 3D-Druck-Abteilungen zu beraten. Obendrein schult das Unternehmen Interessierte bei der Umsetzung von Nachhaltigkeitsaspekten in der additiven Fertigung. Neben der Beratung zur Vermeidung von Konstruktionsfehlern gibt es beispielsweise ein Angebot zur kostenlosen Datenreparatur, Beratungen zur bionischen Bauteilerstellung und Bauteilkonsolidierung.* Rapidobject GmbH (2022): Unser Beitrag zur Nachhaltigkeit beim 3D-Druck (abgerufen am: 08.08.2024)  

Gutes-Praxis-Beispiel: Schulungsangebot „Fachkraft in der additiven Fertigung"

Das SKZ – Das Kunststoff-Zentrum – hat in Zusammenarbeit mit der Fachgruppe 4.13 "Ausbildung in der additiven Fertigung" des Ausschusses für Bildung im deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS) den Lehrgang "Fachkraft für Additive Fertigungsverfahren nach DVS" entwickelt.

Die Ausbildung vermittelt systematisches Grund- und Anwendungswissen in der Technologie des Selektiven Laser Sinterns (SLS), einschließlich der gesamten Prozesskette von Konstruktion und Datenübertragung bis hin zur Parametrierung sowie Qualitäts- und Kostenoptimierung. Ein besonderer Fokus liegt auf der praktischen Umsetzung, indem sie den Teilnehmenden die Möglichkeit bietet, an der SLS-Anlage zu arbeiten und auch andere Technologien der additiven Fertigung zu erlernen.

Die Ausbildung zur Fachkraft für additive Fertigungsverfahren richtet sich an Facharbeiter und Facharbeiterinnen, Meister und Meisterinnen, Techniker und Technikerinnen und Ingenieure und Ingenieurinnen aus dem Kunststoffsektor. Die SKZ-Akademie bietet auch den Praxislehrgang "Geprüfter Industrietechniker in der Fachrichtung additive Fertigung" in Zusammenarbeit mit der IHK Würzburg-Schweinfurt an.* IHK Würzburg-Schweinfurt (2022): Geprüfte/r Industrietechniker/in Additive Fertigung (abgerufen am: 01.03.2024)