Whitepaper: Additive Fertigung – mit 3D-Druck von der Idee zum Bauteil

Mit zunehmender Entwicklung ist davon auszugehen, dass sogenannte additive Fertigungsverfahren – zu denen der 3D-Druck zählt – immer mehr an Bedeutung gewinnen.

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Michael Bose
Wirtschaftsingenieur Michael Bose arbeitet seit 1989 im Bereich der beruflichen Aus- und Weiterbildung von Managern und seit 2010 befasst er sich besonders mit technologie- und prozessorientierter Weiterbildung. Bose ist heute Leiter des JOBSTARTER plus-Projekt QUANT 4.0 im Netzwerk der Automobilzulieferunternehmen BerlinBrandenburg mit Fokus auf die Qualifizierung von Auszubildenden in neuen Technologiefeldern, wie z.B. Additive Fertigung.

3D-Druck und Veränderungen in der Fertigungstechnologie

Der 3D-Druck wurde bereits vor knapp 40 Jahren erfunden. In den folgenden Jahren kamen immer neue Technologien und Verfahren hinzu. Dadurch wurden die Drucker und Systeme immer leistungsfähiger, sodass sie heute für die Industrie interessant sind.
Bei dem 3D-Druckverfahren handelt es sich um ein sogenanntes additives Fertigungsverfahren (Additive Manufacturing = AM) und steht ihm Gegensatz zu den substraktiven Fertigungsverfahren, zu denen zum Beispiel das Fräsen zählt. „Additiv“ steht in diesem Fall dafür, dass Material zu anderem Material hinzugefügt wird und diese eine Bindung eingehen. AM ist hierbei ein Überbegriff, der neben dem reinen Druckprozess auch den Entwurf, Konstruktion, Materialen etc. berücksichtigt.

Trends, Chancen und Qualifikationsanforderungen durch additive Fertigungsverfahren

Welche Vorteile bietet der 3D-Druck oder allgemein additive Fertigungsverfahren im Vergleich zu den herkömmlichen substraktiven Verfahren?

  • Geringerer Materialverbrauch
  • Zeitersparnis
  • Kostenersparnis
  • Höhere geometrische Komplexität der Konstruktion möglich
  • Je komplexer das Bauteil, desto besser sind additive Verfahren geeignet
  • Bessere Vernetzbarkeit der Prozesse (Digitalisierung)

Doch die Vorteile greifen nicht immer uneingeschränkt. Um Prozesse so zu optimieren, dass additive Verfahren tatsächlich den herkömmlichen substraktiven Verfahren überlegen sind müssen Voraussetzungen erfüllt sein. So müssen Rechen- und Designprogramme (z. B. CAD-Systeme) eine ausreichend große Rechenleistung haben, um komplexe Konstruktionen darstellen und errechnen zu können. Insgesamt ergeben sich höhere Anforderungen an die Vernetzung (z. B. Rechenleistung, Internetverbindung, Programmoptimierung). Hinzu kommt, dass die Fachkräfte mit der Software und Hardware umgehen können müssen.

3D-Druck als Zusatzqualifikation in der beruflichen Ausbildung

Um die Chancen, die additive Verfahren bieten, nutzen zu können müssen Auszubildende mit entsprechenden Fertigkeiten ausgestattet werden. Dementsprechend muss die Ausbildung angepasst werden. Mit Zusatzqualifikationen in diesem Bereich können neue Fachkräfte zu wichtigen Stützen eines Unternehmens werden. In Deutschland nutzen bereits über ein Drittel der mittelständischen Unternehmen und Großunternehmen bereits 3D-Druckverfahren.
Gut geschultes Personal kann beim weiteren Ausbau dieses Anteils helfen und so zu Multiplikatoren für die Unternehmen werden.

Anforderungen an Ausbilder und Auszubildende

In der gesamten Branche der industriellen Metall- und Elektroberufe gibt es im Zuge der Digitalisierung Veränderungen an den Ausbildungsverordnungen. Es werden neue Berufsbildpositionen eingefügt und andere entsprechend der neuen Anforderungen überarbeitet. Neu hinzugekommen ist die Zusatzqualifikation (ZQ) „Additive Fertigungsverfahren/3D-Druck“. Sie soll dem Auszubildenden im Rahmen der betrieblichen Berufsausbildung zusätzliches Fachwissen in diesem Bereich vermitteln. Wie dieses Zusatzwissen erlangt wird ist hierbei freigestellt. Meist geschieht dies über interne Schulungen oder externe Bildungsmaßnahmen. Der Auszubildende muss die Teilnahme an den entsprechenden Ausbildungsmaßnahmen nachweisen. Außerdem sind die Inhalte, die während der Zusatzqualifikation vermittelt werden sollen, festgeschrieben.

Planung und Umsetzung – 3D-Druck in der betrieblichen Ausbildung

Die Implementierung neuer Ausbildungsinhalte in die bisherige Ausbildung wird im Zuge der Digitalisierung immer wichtiger. Es bedarf allerdings einer guten Planung, damit die Umsetzung gelingt. So müssen die Ausbilder selbst über die entsprechenden Kenntnisse in der ZQ verfügen, um diese adäquat weitergeben zu können.
Darüber hinaus müssen auch die Prüfungsausschüsse dementsprechend besetzt werden, um zu gewährleisten, dass die Auszubildenden auch in ihren ZQs geprüft werden können.
Nicht zu vernachlässigen ist außerdem, dass für die Ausbildung entsprechende Hard- und Software verfügbar sein muss. Nicht jeder Betrieb hat einen 3D-Drucker samt Software in der Ausbildungswerkstatt stehen. Die Anschaffung solcher Systeme ist durchaus kostenintensiv und rechnet sich womöglich nicht für jedes Unternehmen. Eventuell können hier mehrere Ausbildungsbetriebe kooperieren, um die Kosten zu verteilen.
Die additiven Verfahren werden in Zukunft noch weiter an Stellenwert gewinnen und es ist sinnvoll die Ausbildung entsprechend anzupassen. Dies bedarf jedoch eines durchdachten Konzepts und weitsichtiger Planung.