Wie hoch ist der ROI von Formenherstellern, die den Metall-3D-Druck nutzen?

1. Optimierung der Kostenstruktur: Wandel von „Materialverschwendung reduzieren“ hin zu „Präzisionsadditive Fertigung“
Im traditionellen Formenbau kommen subtraktive Verfahren wie Fräsen, elektrische Entladung und Drahtschneiden zum Einsatz. Die Materialausnutzungsgrade liegen in der Regel unter 70 %. Außerdem müssen die bei der Verarbeitung anfallenden Abfälle getrennt entsorgt werden, was die Preise noch weiter in die Höhe treibt. Für die Herstellung einer Automobil-Spritzgussform auf die herkömmliche Art und Weise werden beispielsweise etwa 120 kg Gussstahlbarren benötigt, aber das Endergebnis wiegt nur 80 kg und verschwendet 33 % des Materials. Mit dem additiven Fertigungsansatz „Schicht für Schicht stapeln“ können beim Metall-3D-Druck mehr als 90 % des Materials genutzt werden. Beispielsweise benötigt die iSLM420-Anlage von Zhongrui Technology nur 85 kg Pulvermaterial, um eine Form für eine Flugzeugtriebwerksschaufel herzustellen. Das überschüssige Pulver kann wiederverwendet werden, was die Kosten für das einzelne Formmaterial um 40 % senkt.

Außerdem entfallen beim Metall-3D-Druck viele komplizierte Schritte, die bei herkömmlichen Methoden erforderlich sind, wie Wärmebehandlung, Präzisionsbearbeitung und Montage. Das spart viel Geld an Ausrüstung und Personal. Ein Vergleich eines bestimmten Automobilteileherstellers zeigt, dass für herkömmliche Methoden fünf CNC-Werkzeugmaschinen, zwei Elektroerosionsmaschinen und zehn Bediener erforderlich sind. Im Gegensatz dazu sind beim Metall-3D-Druck nur ein Gerät und drei technische Mitarbeiter erforderlich, um die gleiche Anzahl an Teilen herzustellen. Dies reduziert die Abschreibung der Ausrüstung und die Arbeitskosten um 65 %.

2. Großer Sprung in der Produktionseffizienz: vom „wöchentlichen Zyklus“ zur „täglichen Lieferung“
Ein weiteres großes Problem bei älteren Techniken besteht darin, dass die Herstellung von Formen viel Zeit in Anspruch nimmt. Beispielsweise umfasst die Herstellung einer anspruchsvollen Druckgussform auf altmodische-Methoden 12 Phasen, darunter Entwurf, Schneiden, Funkenerosion, Zusammenbau und Fehlerbehebung. Der gesamte Prozess dauert 6 bis 8 Wochen. Außerdem führen Änderungen am Design dazu, dass die Form erneut geöffnet werden muss, was die Lieferzeit verlängert. Durch den Metall-3D-Druck können digitale Modelle ohne weitere Verfahren in feste Formen umgewandelt werden. Dadurch verkürzt sich die Entwicklungszeit auf 3–5 Tage. Eine Fallstudie eines Unternehmens, das medizinische Implantate herstellt, zeigt, dass die Zeit, die für die Herstellung einzigartiger Knochenformen benötigt wurde, seit dem Einsatz des 3D-Metalldrucks von vier Wochen auf 72 Stunden gesunken ist und die Zeit für die Ausführung dringender Bestellungen um 80 % gestiegen ist.

Der Prozessweg wurde deutlich vereinfacht, was zu einer Effizienzsteigerung führte. Im traditionellen Handwerk muss der Formhohlraum zur Bearbeitung und Montage in mehrere Teile geteilt werden. Dies kann aufgrund der Spleißlücken zu Genauigkeitsfehlern führen. Der Metall-3D-Druck hingegen unterstützt das integrierte Formen, wodurch Sie komplexe Formen mit konformen Kühlwasserkanälen und leichten Gitterstrukturen gleichzeitig drucken können. Dadurch werden Montageschritte und Fehler reduziert. Boeing stellt beispielsweise Formen für Flugzeugtreibstoffdüsen im Metall-3D-Druck her. Dies reduziert die Montageschritte von 20 auf 1 und senkt die Kosten pro Teil um 35 %.

3. Verbesserung der Produktqualität: Wandel von „passiver Reparatur“ zu „aktiver Optimierung“
Die Qualität der Formen hat einen direkten Einfluss darauf, wie viel vom Endprodukt hergestellt wird und wie schnell es hergestellt wird. Das Standarddesign eines Formkühlsystems ist simpel, was leicht zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung führen kann. Dies kann zu Problemen wie Verziehen und Schrumpfen des Produkts führen. Durch den Metall-3D-Druck kann ein konformer Kühlkanal im Inneren der Form erzeugt werden, der sich perfekt an die Form des Formhohlraums anpasst. Dadurch kann die Kühlflüssigkeit direkt auf den heißen Punkt einwirken, was die Temperaturgleichmäßigkeit erheblich verbessert. Eine Fallstudie einer Automobil-Spritzgussform zeigt, dass die Verwendung eines konformen Kühldesigns zu einer Reduzierung des Oberflächentemperaturunterschieds von 15 Grad auf 3 Grad, einer Verkürzung der Einspritzzykluszeit um 30 % und einer Steigerung der Produktausbeute von 85 % auf 98 % führte.

Außerdem bietet der 3D-Metalldruck einen Dichtevorteil (in der Regel bis zu 99,5 % oder mehr), der Formen weitaus widerstandsfähiger gegen Verschleiß und Ermüdung macht als herkömmliche Gussformen. Ein bestimmter Hersteller von Druckgussformen führte einen Test durch, um die beiden Arten von Formen zu vergleichen. Sie fanden heraus, dass herkömmliche Formen nach 20.000 Anwendungen reißen, wohingegen 3D-gedruckte Metallformen nach 50.000 Anwendungen intakt bleiben, was bedeutet, dass sie 150 % länger halten. Die Formkosten für jeden Druckguss sind auf lange Sicht geringer, auch wenn die anfänglichen Herstellungskosten etwas höher sind.

4. Erweiterung des Anwendungsszenarios: von „einzelner Form“ zur „Befähigung der gesamten Industriekette“
Der Metall-3D-Druck ist nicht nur im Formenbau wertvoll, sondern auch bei der Optimierung der gesamten „Design-Produktion-After-Sales“-Kette, was den Unternehmen mehr Geld einbringt. In der Automobilindustrie können mithilfe des Metall-3D-Drucks schnell leichte Teile wie Batteriehalterungen aus einer Aluminiumlegierung und kohlenstofffaserverstärkte Metallräder hergestellt werden, was Fahrzeuge mit neuer Energie benötigen, um leichter zu sein. In der Luft- und Raumfahrtindustrie unterstützt es das integrierte Formen spezieller Materialien wie Titanlegierungen und Hochtemperaturlegierungen, was einen großen Fortschritt gegenüber herkömmlichen Methoden zur Herstellung komplexer Strukturen darstellt. Maßgeschneiderte Metallknochen, Zahnimplantate und andere Artikel mit hoher -Wertschöpfung-sind zu wichtigen Wachstumsbereichen im medizinischen Bereich geworden.

Beispielsweise nutzt ein -High-End-Automobilhersteller den Metall-3D-Druck, um Teile für den Innenraum von Autos herzustellen. Dadurch können sie maßgeschneiderte Designs herstellen, ohne Formen herstellen zu müssen, und der Gewinn pro Stück ist 50 % höher als bei herkömmlichen Methoden. Mit dem Metall-3D-Druck können im After-Sales-Markt schnell Kopien von defekten Teilen wie Bremsbelägen und Kühlern erstellt werden. Dies reduziert Reparaturzeit und -kosten. Eine militärische Geschäftsfallstudie zeigt, dass durch den Einsatz von 3D-Metalldruck zur Reparatur von Schiffshydrauliksystemteilen der Wartungszyklus von zwei Wochen auf drei Tage verkürzt werden konnte, sodass die Schiffe weiterhin auf dem Schlachtfeld kämpfen können.