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Einsatz von mobilen 3D-Druckern in der Logistik

Hausarbeit (Hauptseminar) 2018 23 Seiten

BWL - Beschaffung, Produktion, Logistik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung
1.3 Aufbau und Vorgehensweise

2 Begriffsdefinition
2.1 Logistik
2.2 Mobile 3D-Drucker

3 Grundlagen mobiler additiver Fertigungsverfahren
3.1 Funktionsweise
3.2 Einteilung AM-Maschinen
3.3 Mobilitätsbewertung

4 Logistik
4.1 Einteilung
4.2 Einsparmöglichkeiten
4.3 Herausforderungen
4.4 Fallbeispiel On-Demand-3D-Printing-Truck

5 Schlussbetrachtung

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Funktionsweise additiver Herstellungsverfahren

Abbildung 2: Ultimaker 2+Ultimaker

Abbildung 3: Makerbot Z18 Makerbot

Abbildung 4: Objekt 30 prime Stratasys

Abbildung 5: P800 EOS GmbH

Abbildung 6: Metal FAB1 Additive Industries

Abbildung 7: Institutionelle Dekomposition aus der Sicht des Handels

Abbildung 8: Institutionelle Dekomposition aus Sicht der Verkehrswirtschaft

Abbildung 9: Magazinsystem als Standardkonzept

Abbildung 10: Szenarien der Evolution von Supply Chains durch 3D-Druck

Abbildung 11: Item Delivery via 3D Manufacturing On-Demand

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Maschinen der additiven Fertigung

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Unter der Überschrift „Industrie 4.0“, welche von der deutschen Bundesregierung mit der Zielsetzung zur Sicherung des Standortes und des Wohlstandes initiiert wurde, spielt die Vernetzung von Wertschöpfungsketten zwischen Produktion und Logistik eine zentrale Rolle.1

Diese digitale Transformation der Wertschöpfungskette in der Logistikbranche gepaart mit der technologischen Weiterentwicklung von additiven Fertigungsverfahren wie dem 3D-Druckverfahren führt zu einer Vielzahl von Anwendungsgebieten von mobilen 3D-Druckern im Bereich der Logistik.2

Für die Logistik welche herkömmlicherweise als Querschnittsfunktion in produzierenden Unternehmen agiert3, ergibt diese Entwicklung u.a. Nutzen und Chancen für Mehrwertdienstleistungen und neue Geschäftsmodelle. Diesen stehen den Herausforderungen zur Kontrolle der Informationsströme auf Qualität und der lizensierten Vervielfältigung von Produkten des mobilen 3D-Druckes gegenüber.

1.2 Zielsetzung

Ziel dieser Arbeit ist es, diese Einsatzmöglichkeiten von mobilen 3D-Druckern in der Logistik nach ihren Nutzen, sowie den damit einhergehenden Herausforderungen darzustellen und zu evaluieren.

Im weiteren Verlauf soll der Einsatz anhand eines Fallbeispiels dargestellt und auf Nutzen und Herausforderungen für den Logistikdienstleister betrachtet werden.

1.3 Aufbau und Vorgehensweise

Zu Beginn der Arbeit werden die zentralen wissenschaftlichen Fachbegriffe zur Logistik und den additiven Fertigungsverfahren aus der Themenstellung definiert und mithilfe einschlägiger Literaturquellen und aktueller online Enzyklopädien kontrovers diskutiert.

Im weiteren Verlauf werden die Grundlagen mithilfe von Fachbüchern zu den additiven Fertigungsverfahren dargestellt. Um hier ein erstes Verständnis zu erhalten ist der Schwerpunkt auf die Funktionsweise und einer tabellarischen Einteilung in Anwendungsbereiche und dem Infrastrukturbedarf gelegt. Den Abschluss des Kapitels bildet die Mobilitätsbewertung der jeweiligen 3D-Drucker einer Maschinenklasse. Auf eine detaillierte Betrachtung der verschiedenen Fertigungsverfahren wird in diesem Rahmen verzichtet, da dies für die Bearbeitung der Zielsetzung nicht zwingend erforderlich ist.

Aufbauend auf dieses Grundverständnis zum AM werden im dritten Kapitel die Einflüsse des mobilen 3D Druckes auf die Logistikbranche erarbeitet. Zu Beginn steht hier die Einteilung der Logistik nach ihrer institutionellen Komposition anhand einschlägiger Literatur. Im weiteren Verlauf werden Publikationen des VDI/VDE der Handelskammer Deutschland Schweiz als auch Veröffentlichungen von Fachzeitschriften zu Einsparmöglichkeiten und den Herausforderungen für die Logistik dargestellt.

Im letzten Abschnitt wird das patentierte Geschäftsmodell zum „On-Demand-3D- Printing-Truck“ des Logistikdienstleisters Amazon vorgestellt. Basierend auf der Publikation zur Patentierung der Anwendung wird diese auf deren Nutzen und Herausforderungen zur Umsetzung kritisch hinterfragt.

Den Abschluss der Arbeit bildet die Schlussbetrachtung mit einer Zusammenfassung der zentralen theoretischen und praktischen Erkenntnisse; einem kurzen Ausblick zum Rollenwandel des Logistikers sowie der kritischen Würdigung der wissenschaftlichen Arbeit.

2 Begriffsdefinition

2.1 Logistik

In der Öffentlichkeit und selbst unter den Experten besteht eine beträchtliche begriffliche Breite, was unter dem Begriff „Logistik“ zu verstehen ist. Im weiteren Sinne sind diese Definitionen anhand der Beeinflussung des technischen Entwicklungsprozesses zyklisch kritisch zu hinterfragen und zu adaptieren.

Das bisher am weitesten verbreitete Verständnis in der Logistiklehre ist im Ansatz des transferorientierten Logistikverständnisses zu sehen.4 Es kennzeichnet alle „Transport-, Lager- und Umschlagsvorgänge im Realgüterbereich in und zwischen sozialen Systemen“. Es versteht somit die Wahrnehmung physischer Transferfunktionen in Form von zielgerichteten Raum- und Zeitüberbrückungsprozessen als zentrale Aufgabe der Logistik eines Ausführungssystems von Unternehmen.5

Aufbauend auf dieses Verständnis ist nach Pfohl, ist Logistik die Summe aller Tätigkeiten, durch die raumzeitliche Gütertransformation und die damit zusammenhängende Transformation hinsichtlich der Gütermengen und -sorten, der Güterhandhabungseigenschaften sowie der logistischen Determiniertheit der Güter geplant, gesteuert, realisiert und kontrolliert werden. Durch das Zusammenwirken dieser Tätigkeiten soll ein Güterfluss in Gang gesetzt werden, der einen Lieferpunkt mit dem Empfangspunkt möglichst effizient verbindet.6

Im Rahmen dieser Arbeit steht der Einsatz von mobilen 3D-Druckern in der Logistik und deren Nutzen und Herausforderungen im Fokus.

Die nähere Deklaration von Grundaufgaben und Systemstrukturen ist daher erforderlich. Straube definiert die Grundaufgabe der Logistik als wirtschaftliche und termingerechte Produktion, Bereitstellung und Lieferung von Kunden bestellter Waren, Materialien, Produkten und Dienstleistungen. Hierfür organisiert die Logistik Prozesse, Systemstrukturen und ganze Netzwerke von zunehmend global verteilten Quellen zu global verteilten Senken.7

2.2 Mobile 3D-Drucker

Um den zusammengesetzten Begriff des mobilen 3D-Druckers definieren zu können, wird dieser in seine beiden Elemente zerlegt und im ersten Schritt getrennt betrachtet. Im Alltag wird häufig die „Mobilität“ in Zusammenhang mit der Fortbewegung beispielsweise der von Personen in Fahrzeugen, der Beförderung von beweglichen Gegenständen an einen anderen Standort definiert.

Die Bedeutung von mobilen Endgeräten in der EDV und dem E-Business wird in der Literatur zur Verwendung von nicht ortsgebunden Geräten8 zur Datenerfassung und Verarbeitung am Verwendungsort definiert.

Die Bezeichnung 3D-Drucker oder auch im englischen 3D-Printer verdrängt in der Praxis alle anderen Bezeichnungen dieser Fertigungsverfahren. Das liegt vor allem daran, dass dieser Begriff sehr einfach zu vermitteln ist. Jeder der ein Textprogramm (einen Word-Prozessor) bedienen und das Ergebnis mithilfe eines 2D-Druckers als Brief ausdrucken kann, versteht unmittelbar, dass mithilfe eines Konstruktionsprogramms (eines Part Prozessors) und eines 3D-Druckers ein dreidimensionales physisches Bauteil entstehen kann.9

In den VDI Richtlinien [VDI 3405] wird das 3D-Drucken als genormter Begriff des Additiven Fertigungsverfahren definiert. Die gemeinsam mit den USA verwendeten Standards ISO/ASTM 52900:2015 verwenden den Begriff des Additive Manufacturing.10

3D-Drucker erlauben das "Ausdrucken" von Gegenständen aller Art. Bei diesem Fertigungsverfahren wird Schicht um Schicht aufgetragen und getrocknet, geklebt oder geschmolzen. Die Drucker erlauben zum einen die private Herstellung von Objekten aller Art, zum anderen – dies ist vor allem für Unternehmen relevant – die Just-in-time-Produktion von einzelnen Werkzeugen und Geräteteilen oder die Massenproduktion vor Ort.11

Die Kombination der Definitionen von mobil und 3D-Drucker bezeichnen ein additives Fertigungsverfahren, welches die schichtweise Herstellung von Objekten mithilfe eines beweglichen und nicht standortgebundenen Gerätes bewerkstelligen kann.

3 Grundlagen mobiler additiver Fertigungsverfahren

3.1 Funktionsweise

Die grundsätzliche Funktionsweise der verschiedenen mobilen oder stationären AM- Maschinen zur additiven Fertigung beruhen auf einer gemeinsamen Prozesskette. Die Unterscheidung liegt lediglich in der Art der Erzeugung der einzelnen Schichten und in der Weise, wie benachbarte Schichten verbunden werden, um das Bauteil zu formen.12

Additive Herstellungsverfahren sind automatisierte und schichtweise wiederkehrende Prozesse, die auf dem Prinzip der Schichttechnologie aufbauten. Dieser Ablauf wird durch die Abbildung 1 dargestellt und folgenden beschrieben.13

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Funktionsweise additiver Herstellungsverfahren14

Grundsätzlich muss in der Prozesskette zwischen der virtuellen Ebene, den ersten beiden Schritten und der realen, physischen Ebene den letzten beiden Schritten unterschieden werden.

Zu Beginn befindet sich das spätere physische Bauteil noch in der virtuellen Ebene in Form eines 3D-Datensatzes, welcher auch als das digitale Produktmodell bezeichnet wird. In dieser Phase wird ein Datensatz für das Bauteil entweder mithilfe einer 3D- CAD Konstruktion oder durch ein Scanverfahren beispielsweise dem CT-Scanning erzeugt.

Dieser Datensatz wird in beiden Fällen durch geeigneter Software in Schichten mit gleichmäßiger Dicke zerteilt. Er besteht nun aus vertikalen und horizontalen Konturdaten, Schichtdicke (dz) und einer Schichtnummer (Z-Koordinate).

Anschließend wird dieser Datensatz an die Maschinen zur Fertigung übertragen und der physische Bauprozess startet. Die Fertigung ist hier in zwei Grundschritte zu unterteilen. Im ersten werden die Konturen der einzelnen Schichten aus einer Grundplatte ausgeschnitten, im zweiten Schritt werden diese nun aufeinander gesetzt und miteinander verbunden, so dass das reale Endprodukt entsteht.

3.2 Einteilung AM-Maschinen

Um die verschieden Techniken des 3D-Druckverfahrens besser einordnen zu können werden die AM-Maschinen nach ihren Anwendungsebenen und -bereichen, Maschinenklassen eingeteilt.15

Da die Bezeichnungen nicht genormt sind und von unterschiedlichen Herstellern und Anwendern verschieden gehandhabt werden, lehnt sich die nachfolgende Tabelle an einen Vorschlag von 3D Systems und den in der Praxis häufig verwendeten Systematiken an.

Um die Eignung der einzelnen Maschinenklassen auf einen stationären oder mobilen Einsatz evaluieren zu können, sind diese mit entsprechenden Beispielen und den jeweiligen Produkteigenschaften nach Herstellerangaben versehen.

[...]


1 vgl Wehberg, 2015 S.24-26

2 vgl. Wehberg, 2015 S. 146

3 vgl. Hering, 2013, S. 329

4 vgl. Wehberg, 2015, S.49

5 vgl. Weber, 1994

6 vgl. Pfohl, 2009

7 vgl. Straube, 2004

8 vgl. Gabler, wirtschaftslexikon Gabler, 2018

9 vgl. Gebhardt, 3D-Drucken Grundlagen und Anwendungen des Addititve Manufactoring (AM), 2016, S. 3

10 vgl. Gebhardt, Additive Fertigungsverfahren Additve Manufactoring und 3D-Drucken für Prototyping - Tooling - Produktion, 2016, S. 2

11 vgl. Gabler, wirtschaftslexikon Gabler, 2018

12 vgl. Gebhardt, 3D-Drucken Grundlagen und Anwendungen des Addititve Manufactoring (AM), 2016

13 vgl. Gebhardt, Additive Fertigungsverfahren Additve Manufactoring und 3D-Drucken für Prototyping - Tooling - Produktion, 2016, S. 4

14 vgl. Gebhardt, Additive Fertigungsverfahren Additve Manufactoring und 3D-Drucken für Prototyping - Tooling - Produktion, 2016, S. 4

15 vgl. Gebhardt, 3D-Drucken Grundlagen und Anwendungen des Addititve Manufactoring (AM), 2016, S.27

Details

Seiten
23
Jahr
2018
ISBN (eBook)
9783668914162
ISBN (Buch)
9783668914179
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v455029
Institution / Hochschule
Wilhelm Büchner Hochschule Private Fernhochschule Darmstadt
Note
1,3
Schlagworte
Logistik 3D-Druck 3D-Printing Produktion Mobile 3D-Drucker 3D-Printer Amazon NASA US-Army Mobile

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Titel: Einsatz von mobilen 3D-Druckern in der Logistik