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Ersatzteillogistik

Ersatzteile aus dem 3D Drucker für die nächste Geräte-Generation

3D Druck, also additive Fertigung, ist eine interessante Möglichkeit für die Ersatzteillogistik. Das Verfahren lässt sich zur Herstellung, in der Wartung und Reparatur von mechanischen Komponenten einsetzen, um Zeit und Kosten zu reduzieren. In diesem Beitrag erfahren Sie, welche Vorteile der 3D Druck im technischen Backoffice bieten kann und welche Hürden einem regelmäßigen Einsatz bislang noch entgegenstehen.

Was bedeutet „additiv“?

3D-Fertigungsverfahren werden „additiv“ genannt, weil ein herzustellendes Teil Schicht für Schicht aufgetragen wird. Dazu wird das Roh-Material aufbereitet und im nächsten Schritt mit thermischer Energie – zum Beispiel durch hohe Umgebungstemperatur oder punktuell durch einen Laserstrahl – zu einem dreidimensionalen Gegenstand „verbacken“. Dies ermöglicht eine denkbar große Vielfalt an Formen. Dazu zählen auch Konstruktionen, die mit herkömmlichen abtragenden Verfahren (also Zerspanungen) nicht möglich wären. Beispielsweise in sich geschlossene Kugellager oder bionische Formen. Der Herstellungsprozess ist oft mit komplexen Materialmischungen verbunden. Somit ist dieser in der industriellen High-End-Fertigung nur durchgängig digital beherrschbar.

Ortsunabhängigkeit

In unserer technisierten, beschleunigten Welt hat Stillstand Kosenquenzen. Funktionsunfähige Geräte und Maschinen bedeuten rasch hohe monetäre Einbußen und Imageverluste für die Betreiber. Ein Schlüssel zur schnellen Wiederaufnahme des Betriebs ist die rasche Verfügbarkeit von Ersatzteilen.

Herstellern entstehen hohe Kosten, wenn sie Ersatzteile nicht nur für aktuelle Modelle, sondern auch für Jahre und Jahrzehnte auf dem Markt befindliche Geräte vorrätig halten müssen. Zumal es meist nicht ausreicht, nur in einem (Zentral-)Lager Vorrat zu halten. Vielmehr muss dies im Sinne rascher Verfügbarkeit weltweit an verschieden Stätten passieren. Zudem nimmt generell die Verfügbarkeit von Ersatzteilen seitens der Hersteller tendenziell seit Jahren ab. Das hat verschiedene Gründe: Kosten, immer schneller werdenden Produkt-Zyklen und die damit verbundene Obsleszenz.

Um stets höchste Verfügbarkeit von essenziellen Ersatzteilen zu gewährleisten, gehen Betreiber von Geräten, die teils Jahrzehnte auf der gleichen Technologiebasis laufen müssen dazu über, eigenes Warehousing zu betreiben – LogTIS bietet diese Einlagerung von typischen betriebskritischen Teilen im Form seines Warehousings im technischen Backoffice an.

Ein anderer Weg für die Ersatzteillogistik wäre, essenzielle mechanische Ersatzteile nur noch als 3D Druck-Daten vorzuhalten und über einen geeigneten Drucker additiv just-in-time zu fertigen.

Die Technik des 3D Drucks hat sich in den vergangenen Jahren rasant verbessert. Waren anfangs nur Kunststoffe „druckbar“, stehen heute Geräte zur Verfügung, die eine viel breitere Palette von Ausgangs-Materialien in wesentlich kürzeren Fristen als früher verarbeiten können. Selbst keramische und metallische Ausgangsstoffe werden inzwischen mittels Laser zu hoch belastungsfähigen Werkstücken zusammengefügt. 3D Druck ist etwa in industriellen Fertigungsprozessen des Flugzeugbaus längst gang und gäbe. Denn dort kommt es auf jedes Kilogramm „Startgewicht“ an.

3D Druck in der Ersatzteillogistik

Mit additiver Fertigung kann beispielsweise die Firma Siemens Mobility Services Originalteile für den Schienenverkehr über Jahrzehnte verfügbar halten und konstruktiv verbessern – auf Basis von 3D Daten und ohne Werkzeug. Das Angebot eröffnet neue Möglichkeiten Bauteile auszutauschen, zu modernisieren und damit Fahrzeugkomponenten auf den neusten Stand zu bringen. So erhalten Kunden beispielsweise Ersatzteile mit neu integrierten Funktionen und deutlich weniger Einzelkomponenten.

Ein solches Angebot eines Herstellers setzt jedoch eine ganz bestimmte Produktstrategie voraus, wie sie im Investitionsgüter-Bereich auch am ehesten betriebswirtschaftlichen Sinn ergibt. Hier hat 3D Druck wegweisenden Charakter für eine nachhaltige Begleitung der Produkte durch den Hersteller in der Ersatzteillogistik der Anwender.

Skaleneffekte

Bei den herkömmlichen zerspanenden Verfahren definiert sich der Aufwand für ein einzelnes Bauteil vorrangig über den „Skaleneffekt“. Vereinfacht bedeutet dies, je höher die Stückzahl, in der das Werkstück hergestellt wird, desto günstiger ist der Herstellungsaufwand pro Stück. Allerdings gilt dies nicht für den 3D Druck. Denn hier ist der Aufwand pro Stück in der Theorie zumindest gleich. Egal ob ein Drucker ein oder eintausend Kopien erstellt. Er benötigt immer die gleiche Zeit und der Energieaufwand für ein thermisches Finish ist ebenfalls stets identisch.

Synergieeffekte entfalten sich, wenn der Drucker dort steht, wo auch die Reparatur oder das Refurbishing durchgeführt wird – also beispielsweise etwa in einem technischen Backoffice. Denn dann entfielen durch den lokalen 3D Druck auch Zeiten und Kosten für den Transport in der Ersatzteillogistik. Die generelle und die Lagerverfügbarkeit als wesentliche Faktoren für Verzögerungen von Reparaturen würde damit entfallen.

Ressourcen in der Ersatzteillogistik schonen mit 3D Druck

In der herkömmlichen abtragenden Bearbeitung werden einzelne Werkteile beispielsweise aus Metall mit hohem Energieaufwand technisch bedingt aus massiven Metallblöcken herausgearbeitet. Möchte man mittels 3D Druck z.B. ein Reparaturteil erzeugen, so wird metallhaltiges Pulver etwa nur entlang der errechneten physikalischen Belastungslinien aufgebaut. Anschließend wird es thermisch oder per Laser gesintert. Dies minimiert den Materialeinsatz für ein optimiertes Bauteil. Zudem gehen bei der Herstellung so keine wertvollen Ressourcen verloren.

3D Druck hat also das Potenzial für ökologische und ökonomische Innovation in der Ersatzteillogistik zu sorgen. Aber: Bis dies zum Standard wird, gibt es noch eine Herausforderungen zu meistern.

Hürden: Mangelnde Verfügbarkeit und Aufwand für eigenerstellte Druckdaten

Bevor ein Teil in der Ersatzteillogistik via 3D Druck ersetzt und in einem Reparaturprozess verbaut werden kann, sind mehrere Voraussetzungen zu erfüllen.

Ein geeigneter Drucker-Typ muss verfügbar sein

  • Für verschiedene Arten von Ersatzteilen müssten stets die unterschiedlichsten Ausgangsmaterialien vorrätig sein. Denn nur so kann tatsächlich ad hoc ein Ersatzteil hergestellt werden.
  • Ausgangsmaterialien liegen in unterschiedlicher Form vor. Zum Beispiel etwa als Stangenware, Granulat oder Substrat. Nicht jeder Drucker ist für jedes Ausgangsmaterial geeignet.

Idealerweise liegen die Druckdaten im CAD-Format vor

  • Dies wäre nur dann der Fall, wenn die Hersteller technischer Geräte die Druckdaten ihrer Bauteile für Service-Unternehmen wie LogTIS zur Verfügung stellen würden.
  • Der französische Konzern Boulanger für Elektronik- und Haushaltsgeräte hat den Trend des 3D Drucks von Ersatzteilen erkannt. Privatanwender, die sich Ersatzteile für Boulanger-Geräte am heimischen 3D Drucker ausdrucken, betrachtet der Konzern nicht als Konkurrenz. Er unterstützt sie sogar mit einer eigenen Plattform. Dort stehen Druckdaten quasi als „open source“ zur Verfügung. Der kommerzielle Reparaturbetrieb bleibt davon aber ausdrücklich ausgeschlossen.

Praxis und Patente verhindern den Einsatz von 3D Scannern für den Druck in der Ersatzteillogistik

  • Stehen keine Druck-Daten des Herstellers zur Verfügung, besteht theoretisch die Möglichkeit, ein Teil über einen 3D Scanner für die Ersatzteillogistik abzutasten. Dies kann dann in druckbare Daten umgewandelt werden. Dies funktioniert allerdings bestenfalls für sehr einfache, unverbaute Teile. Für ganze Baugruppen oder Teilen aus verschiedenen Materialien ist es für den professionellen Einsatz kein gangbarer Weg.
  • Das Scannen und Ausdrucken von Teilen, die etwa durch Patente oder auch durch das einfache Urheberrecht geschützt sind, kann der Hersteller auch als Rechtsverstoß werten. Ohne ausdrückliche Zustimmung des Herstellers ist also auch das Erfassen und Drucken anhand ausgebauter Ersatzteile nicht empfehlenswert.

Der Einsatz von 3D Druck ist aus technischer Sicht heute bereits unter gewissen Umständen eine sehr interessante Möglichkeit, um Zeit, Kosten und Ressourcen in der Ersatzteillogistik zu sparen. Auf der Ebene der Zusammenarbeit zwischen Hersteller, Serviceunternehmen und Kunden gibt es jedoch noch sehr viele strategische, organisatorische und rechtliche Hürden. Diese muss man noch ausräumen, um den 3D Druck in der Ersatzteillogistik wirkungsvoll zum Durchbruch zu bringen.