Der industrielle 3D-Druck befindet sich an einem Wendepunkt und steht kurz davor, in großem Stil in den Mainstream vorzudringen. Die meisten Führungskräfte und viele Ingenieure nehmen dies nicht wahr, doch diese Technologie ist längst über das Stadium von Prototyping, Rapid Tooling, Spielereien und Spielzeug hinaus. "Additive Fertigung" schafft langlebige und sichere Produkte für den Verkauf an echte Kunden in mittleren bis großen Stückzahlen.

Die Anfänge der Revolution zeigen sich in einer PwC-Umfrage aus dem Jahr 2014 unter mehr als 100 Fertigungsunternehmen. Zum Zeitpunkt der Umfrage hatten bereits 11 % auf die Serienproduktion von 3D-gedruckten Teilen oder Produkten umgestellt. Laut Gartner-Analysten ist eine Technologie "Mainstream", wenn sie ein Akzeptanzniveau von 20 % erreicht.

Zu den zahlreichen Unternehmen, die 3D-Druck zur Steigerung der Produktion einsetzen, gehören GE (Triebwerke, medizinische Geräte und Haushaltsgeräteteile), Lockheed Martin und Boeing (Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung), Aurora Flight Sciences (unbemannte Luftfahrzeuge), Invisalign (Zahnmedizinprodukte), Google (Unterhaltungselektronik) und das niederländische Unternehmen Lux Excel (Linsen für Leuchtdioden bzw. LEDs). In Beobachtung dieser Entwicklungen berichtete McKinsey kürzlich, dass der 3D-Druck "bereit ist, seinem Nischendasein zu entfliehen und in einer wachsenden Zahl von Anwendungen zu einer praktikablen Alternative zu herkömmlichen Fertigungsverfahren zu werden". Im Jahr 2014 entsprach der Umsatz von industriellen 3D-Druckern in den Vereinigten Staaten bereits einem Drittel des Volumens der Verkäufe von Industrieautomatisierung und Robotik. Einige Prognosen gehen davon aus, dass diese Zahl bis 2020 auf 42 % steigen wird.

Weitere Unternehmen werden folgen, da sich die Palette der druckbaren Materialien kontinuierlich erweitert. Neben einfachen Kunststoffen und lichtempfindlichen Harzen gehören dazu bereits Keramik, Zement, Glas, zahlreiche Metalle und Metalllegierungen sowie neue thermoplastische Verbundwerkstoffe, die mit Kohlenstoffnanoröhren und -fasern durchsetzt sind. Überlegene Wirtschaftlichkeit wird schließlich auch die Nachzügler überzeugen. Obwohl die direkten Kosten für die Herstellung von Waren mit diesen neuen Methoden und Materialien oft höher sind, bedeutet die größere Flexibilität der additiven Fertigung, dass die Gesamtkosten erheblich niedriger sein können.

Da dieser revolutionäre Wandel bereits im Gange ist, sollten sich Manager jetzt mit strategischen Fragen auf drei Ebenen befassen:

Erstens sollten sich Verkäufer von materiellen Produkten fragen, wie ihre Angebote verbessert werden könnten, sei es durch sie selbst oder durch Wettbewerber. Die schichtweise Herstellung eines Objekts anhand eines digitalen "Bauplans", der auf einen Drucker heruntergeladen wird, ermöglicht nicht nur eine grenzenlose Individualisierung, sondern auch Designs von größerer Komplexität.

Zweitens müssen Industrieunternehmen ihre Abläufe überdenken. Da die additive Fertigung myriad neue Optionen dafür schafft, wie, wann und wo Produkte und Teile hergestellt werden, welches Netzwerk von Lieferketten-Assets und welche Mischung aus alten und neuen Prozessen wird optimal sein?

Drittens müssen Führungskräfte die strategischen Implikationen bedenken, während sich ganze kommerzielle Ökosysteme um die neuen Realitäten des 3D-Drucks zu bilden beginnen. Viel wurde über das Potenzial gesprochen, dass große Teile des Fertigungssektors in eine unermessliche Zahl kleiner "Maker" zerfallen könnten. Doch diese Vision neigt dazu, eine sicherere und wichtigere Entwicklung zu verschleiern: Um die Integration von Aktivitäten über Designer, Hersteller und Transporteure von Gütern hinweg zu ermöglichen, müssen digitale Plattformen etabliert werden. Zunächst werden diese Plattformen Design-to-Print-Aktivitäten, Design-Sharing und schnelles Herunterladen ermöglichen. Bald werden sie Druckeroperationen, Qualitätskontrolle, Echtzeit-Optimierung von Druckernetzwerken und Kapazitätsaustausch orchestrieren, neben anderen benötigten Funktionen. Die erfolgreichsten Plattformanbieter werden enorm davon profitieren, indem sie Standards etablieren und die Umgebungen bereitstellen, in denen ein komplexes Ökosystem koordiniert auf Marktanforderungen reagieren kann. Doch jedes Unternehmen wird vom Aufstieg dieser Plattformen betroffen sein. Es wird viel Gerangel zwischen etablierten Unternehmen und Neulingen geben, um Anteile an dem enormen Wert zu ergattern, den diese neue Technologie schaffen wird.

Diese Fragen machen ein beträchtliches Maß an strategischem Denken erforderlich, und eine weitere bleibt offen: Wie schnell wird das alles geschehen? Für ein bestimmtes Unternehmen kann es so schnell gehen: Die US-Hörgeräteindustrie hat laut einem Branchen-CEO in weniger als 500 Tagen zu 100 % auf additive Fertigung umgestellt, und kein einziges Unternehmen, das an traditionellen Fertigungsmethoden festhielt, hat überlebt. Manager müssen entscheiden, ob es klug ist, mit bestimmten Investitionen zu warten, bis sich diese sich schnell entwickelnde Technologie ausgereift hat, oder ob das Risiko des Wartens zu groß ist. Ihre Antworten werden unterschiedlich ausfallen, aber für alle scheint es sicher zu sein zu sagen, dass die Zeit für strategisches Denken jetzt ist.

Vorteile der additiven Fertigung

Es mag schwer vorstellbar sein, dass diese Technologie die heutigen Standardmethoden zur Massenproduktion verdrängen wird. Traditionelle Spritzgusspressen können beispielsweise Tausende von Werkstücken pro Stunde ausspucken. Im Gegensatz dazu empfinden Menschen, die 3D-Drucker auf dem Hobby-Markt in Aktion gesehen haben, die schichtweise Anhäufung von Objekten oft als komisch langsam. Doch jüngste Fortschritte in der Technologie verändern dies in industriellen Umgebungen dramatisch.

Einige mögen vergessen, warum die Standardfertigung mit solch beeindruckender Geschwindigkeit abläuft. Diese Werkstücke werden so schnell produziert, weil im Vorfeld hohe Investitionen getätigt wurden, um die komplexe Anordnung der erforderlichen Werkzeugmaschinen und Ausrüstungen aufzubauen. Die erste Einheit ist extrem teuer in der Herstellung, aber wenn identische Einheiten folgen, sinken ihre Grenzkosten rapide.

Die additive Fertigung bietet keine derartigen Skaleneffekte. Allerdings vermeidet sie den Nachteil der Standardfertigung – den Mangel an Flexibilität. Da jede Einheit unabhängig voneinander aufgebaut wird, kann sie leicht an individuelle Bedürfnisse angepasst oder, allgemeiner gesagt, an Verbesserungen oder wechselnde Moden angepasst werden. Auch der Aufbau des Produktionssystems ist von Anfang an viel einfacher, da er weit weniger Stufen umfasst. Deshalb war der 3D-Druck so wertvoll für die Herstellung von Einzelstücken wie Prototypen und seltenen Ersatzteilen. Aber die additive Fertigung ist auch in größeren Stückzahlen zunehmend sinnvoll. Käufer können aus einer endlosen Kombination von Formen, Größen und Farben wählen, und diese Individualisierung fügt den Kosten eines Herstellers kaum etwas hinzu, selbst wenn die Bestellungen Massenniveau erreichen.

Ein großer Teil des additiven Vorteils besteht darin, dass Teile, die früher separat geformt und dann zusammengebaut wurden, nun in einem einzigen Durchgang als ein Stück hergestellt werden können. Ein einfaches Beispiel ist die Sonnenbrille: Der 3D-Prozess erlaubt es, die Porosität und Mischung der Kunststoffe in verschiedenen Bereichen des Rahmens zu variieren. Die Bügel werden weich und flexibel, während die Ränder, die die Gläser halten, hart sind. Keine Montage erforderlich.

Das Drucken von Teilen und Produkten ermöglicht auch, sie mit komplexeren Architekturen zu entwerfen, wie etwa Wabenstrukturen in Stahlplatten oder Geometrien, die früher zu fein zum Fräsen waren. Komplexe mechanische Teile – zum Beispiel ein umschlossener Zahnradsatz – können ohne Montage hergestellt werden. Additive Verfahren können verwendet werden, um Teile zu kombinieren und weitaus mehr innere Details zu erzeugen. Deshalb hat GE Aviation damit begonnen, die Kraftstoffdüsen bestimmter Triebwerke zu drucken. Es erwartet, mehr als 45.000 Stück desselben Designs pro Jahr zu produzieren, also könnte man annehmen, dass herkömmliche Fertigungsmethoden geeigneter wären. Doch die Drucktechnologie erlaubt es, eine Düse, die früher aus 20 separat gegossenen Teilen zusammengebaut wurde, in einem Stück herzustellen. GE gibt an, dass dies die Herstellungskosten um 75 % senken wird.