Sher Corp: Additive Fertigung in der Serienproduktion

Additive Fertigung Serienproduktion: Wie Sie mit smarter AM-Strategie Zeit, Kosten und Gewicht sparen

Aufmerksam werden, hinschauen, handeln: Stellen Sie sich vor, Sie könnten komplexe Bauteile in einem Arbeitsgang fertigen, die Stückzahl flexibel anpassen und gleichzeitig Lager- sowie Logistikkosten deutlich reduzieren. Das Versprechen der Additive Fertigung in der Serienproduktion ist groß — doch wie gelangen Unternehmen sicher dorthin? In diesem Gastbeitrag von Sher Corp erhalten Sie einen praxisnahen Leitfaden: Wir beleuchten Chancen und Risiken, zeigen die Prozesskette auf, liefern Checklisten für Materialwahl und Qualitätskontrolle und geben konkrete Schritte zur Skalierung. Lesen Sie weiter, wenn Sie wissen wollen, ob und wie Additive Fertigung Serienproduktion in Ihrem Betrieb funktioniert.

Um die Praxiseinführung fundiert anzugehen, empfiehlt es sich, digitale Hilfsmittel und modulare Konzepte frühzeitig einzubinden: Ein Digitale Zwillinge Fertigung erlaubt, Prozesse virtuell abzubilden und Engpässe vor dem realen Aufbau zu identifizieren. Gleichzeitig hilft ein Überblick zu Innovative Fertigungsmethoden, mögliche Alternativen und hybride Ansätze zu evaluieren. Für eine praktikable Hochskalierung sollten Sie zudem die Prinzipien des Modulare Fertigungslinien Aufbau berücksichtigen, damit Zellen flexibel erweitert und standardisiert werden können.

Additive Fertigung Serienproduktion: Chancen, Risiken und Praxisleitfaden von Sher Corp

Chancen der Additiven Fertigung Serienproduktion

Die Additive Fertigung (AM) bietet gerade für Serienfertigung spezifische Vorteile, die über das klassische Prototyping hinausgehen. Zu den wichtigsten Chancen zählen:

Designfreiheit: Komplexe, integrierte Strukturen lassen sich ohne zusätzliche Fertigungsprozesse realisieren. Funktionen können in einem Bauteil integriert werden — weniger Montage, weniger Fehlerquellen.
Gewichtsoptimierung: Durch Topologieoptimierung reduzieren Sie Masse bei gleichbleibender oder verbesserter Festigkeit — ein klarer Vorteil in Automotive, Luftfahrt und Maschinenbau.
Losgrößenflexibilität: AM eignet sich sowohl für kleine Serien als auch für mittlere Stückzahlen. Ohne teure Werkzeuge bleiben Varianten und Individualisierungen wirtschaftlich.
Supply-Chain-Resilienz: Digitale Lager, lokale Fertigung und On-Demand-Produktionen verkürzen Lieferketten und reduzieren Inventarkosten.

Risiken und Stolpersteine

Natürlich gibt es auch Herausforderungen, die vor einer Serienumstellung bedacht werden müssen:

Prozessstabilität: AM-Prozesse sind sensitiv gegenüber Materialqualität, Maschinenkalibrierung und Umgebungsbedingungen. Ohne robuste Prozessfenster steigt die Ausschussrate.
Qualitätssicherung: Prüfmethoden müssen volumetrische Eigenschaften und interne Fehler erfassen — traditionelle 2D-Messungen reichen oft nicht aus.
Kostenstruktur: Hohe Investitionen in Maschinen und Peripherie sowie Nachbearbeitungskosten können Stückkosten negativ beeinflussen, wenn Bauteile nicht optimiert sind.
Zertifizierung und Normen: Insbesondere in regulierten Branchen sind Nachweise und Dokumentationen aufwändiger.

Praxisleitfaden: Erste Schritte zur Serienreife

Ein pragmatischer Fahrplan hilft, Risiken zu reduzieren und den Nutzen zu maximieren:

Identifikation geeigneter Bauteile: Priorisieren Sie Teile nach Funktion, Kosten- und Gewichtspotenzial sowie Stückzahl.
Pilotphase mit klaren KPIs: Definieren Sie Qualität, Zykluszeiten, Ausschussquoten und Kosten pro Teil — messen Sie früh und oft.
Material- und Prozessqualifizierung: Testen Sie Materialchargen, optimieren Sie Prozessparameter und dokumentieren Sie alle Ergebnisse.
Automatisierungsplanung: Erarbeiten Sie Konzepte für Entpulvern, Nachbearbeitung und Handling, um Personalkosten zu reduzieren.
Serienfreigabe und Controlling: Implementieren Sie Traceability, Prüfpläne und kontinuierliche Verbesserungsprozesse.

Wie Sher Corp Unternehmen bei der Einführung der Additiven Serienproduktion unterstützt

Sher Corp begleitet Firmen entlang der gesamten Transformation — von der ersten Idee bis zur Serienfreigabe. Unsere Herangehensweise ist pragmatisch, technisch fundiert und wirtschaftlich orientiert.

Leistungsbereiche

Machbarkeitsstudien: Wir analysieren Bauteile ökonomisch und technisch. Lohnt sich die Umstellung? Wo liegen Einsparpotenziale?
Design-for-Additive-Manufacturing (DfAM): Workshops mit Ingenieuren zur Umgestaltung von Komponenten, damit diese für AM wirtschaftlich werden.
Pilotprojekte: Aufbau von Pilotlinien inklusive Prozessparameter-Optimierung, Materialtests und Prüfkonzepten.
Qualifizierung & Validierung: Unterstützung bei Zertifizierungsanforderungen, Prüfplänen, Dokumentation und Auditvorbereitung.
Schulung & Change-Management: Mitarbeitertrainings, Bedienkonzepte und organisatorische Anpassungen sorgen für nachhaltigen Betrieb.
Wirtschaftlichkeitsanalysen: Total-Cost-of-Ownership-Betrachtungen inklusive Energie, Material, Nachbearbeitung und Lebenszykluskosten.

Unser Ziel: Risiken systematisch reduzieren, Lernkurven verkürzen und eine skalierbare Produktionsfähigkeit sicherstellen.

Prozesskette in der Additiven Serienproduktion: Design, Fertigung, Qualitätssicherung

Die Prozesskette einer belastbaren Additiven Fertigung Serienproduktion umfasst mehrere, eng vernetzte Schritte. Ein Ausfall oder eine Lücke in einer Phase wirkt sich auf die gesamte Lieferkette aus.

Produkt- und Bauteildesign (DfAM)

Gutes Design beginnt mit klaren Zielvorgaben: Funktion, Belastung, Einsatzumgebung, zulässige Toleranzen und Stückzahlen. DfAM fragt: Welche Funktionen lassen sich integrieren? Wo spart Topologiegewicht, und wo benötige ich Stützstrukturen?

Beispiel: Ein hydraulischer Verteilerblock kann durch additive Kanäle intern leitungsführend werden — Montagepunkte entfallen, Leckagerisiken sinken.

Pre-Processing: Vorbereitung für den Druck

Der Aufbau im Bauraum, Orientierung für mechanische Belastungen, Stützstrukturen und Nesting-Strategien beeinflussen Fertigungszeit und Nachbearbeitung. Simulationstools helfen, Verzugsrisiken zu reduzieren und das Nesting zu optimieren.

Fertigung: Maschinen und Prozessüberwachung

Typische Verfahren in der Serienproduktion sind SLM/SLM-Varianten, Binder Jetting für Metall und MJF/SLS für Polymere. Wichtig: Echtzeit-Monitoring (Laserfeedback, Kameras, Thermalsensoren) ermöglicht frühe Fehlerdetektion und senkt Ausschussraten.

Post-Processing: Nachbearbeitung und Wärmebehandlung

Nach dem Druck folgen oft Wärmebehandlungen zur Spannungsreduktion, Entpulvern, Entfernen von Stützen, Oberflächenbearbeitung und spanende Endbearbeitung auf kritischen Flächen. Die Nachbearbeitung bestimmt maßgeblich die Taktzeit und Kosten pro Teil.

Qualitätssicherung & Integration

Qualitätssicherung umfasst sowohl zerstörende als auch nicht-destruktive Prüfungen, statistische Prozesskontrolle und die Rückmeldung von Prozessdaten in die Produktentwicklung. Traceability jeder Charge ist Pflicht für auditierbare Serienprozesse.

Materialauswahl, Prozessparameter und Qualitätskontrollen in der Additiven Serienproduktion

Material und Prozess sind das Herz jeder Additiven Fertigung Serienproduktion. Eine falsche Materialwahl oder unzureichende Kontrolle führt schnell zu Ausschuss und hohen Kosten.

Materialauswahl: Was passt zu Ihrer Anwendung?

Die Auswahl richtet sich nach mechanischen Anforderungen, Temperatur, chemischer Beständigkeit und Kosten. Typische Kategorien:

Metalle: Titan (Leichtgewicht, Korrosionsbeständigkeit), Aluminium (günstiger, gute Wärmeleitfähigkeit), Edelstahl (Festigkeit, Temperaturbeständigkeit), Nickellegierungen (Hochtemperatur).
Polymere: PA12/PA11 (robust, vielseitig), PEEK (hoher Temperaturwiderstand), TPU (elastisch).
Komposite: Verstärkte Kunststoffe und faserverstärkte Verbundwerkstoffe für erhöhte Steifigkeit bei geringem Gewicht.

Material	Typische Anwendung	Vorteil	Typische Herausforderung
Titan	Luftfahrt, Medizintechnik	Sehr hohe Festigkeit, Korrosionsbeständig	Kosten, Nachbearbeitung
Aluminium	Automotive, Leichtbauteile	Leicht, gut wärmeleitend	Verzug, Porosität
PA12 (Polyamid)	Gehäuse, funktionale Prototypen	Kosteneffizient, vielseitig	Langzeitalterung bei UV

Wesentliche Prozessparameter

Schichthöhe: Direkter Einfluss auf Oberflächenqualität und Bauzeit.
Laserleistung / Energieinput: Bestimmt die Dichte und das Gefüge von Metallteilen.
Scanstrategie und Scan-Geschwindigkeit: Vermeiden von Überhitzung und lokalen Eigenspannungen.
Bauraumtemperatur und Vorheizen: Reduzieren thermische Spannungen und Risse.
Pulveralterung und Wiederaufbereitung: Stabile Materialeigenschaften durch Chargenkontrolle.

Qualitätskontrollen für Serienproduktion

Für die Serienproduktion empfiehlt sich ein mehrstufiges Prüfkonzept:

In-Line-Monitoring: Detektion von Layer-Anomalien in Echtzeit.
Nicht-destruktive Prüfungen: CT-Scans für Volumenkontrolle, Ultraschall für innere Defekte.
Zerstörende Prüfungen: Stichprobenbasierte Zug- und Ermüdungstests zur Validierung der Dauerfestigkeit.
SPC und Traceability: Statistische Kontrolle von Kennzahlen und vollständige Rückverfolgbarkeit jeder Charge.

Skalierung der Additiven Fertigung: Von Pilotprojekt zur Serienproduktion – Best Practices

Die Skalierung ist kein Sprung, sondern eine Reihe kontrollierter Schritte. Wir empfehlen ein iteratives Vorgehen, bei dem jede Skalierungsstufe messbare Ziele hat.

Best Practices für die Skalierung

Modulare Fertigungszellen: Standardisierte Zellen mit klaren Schnittstellen vereinfachen Ausweitung und Wartung.
Automatisierung der Peripherie: Roboterhandling, automatisierte Entpulverung und Palettenmanagement erhöhen Takt und reduzieren Fehler.
Nesting-Strategien: Bauraumauslastung optimieren, mehrere Teile in einem Build kombinieren.
Datengetriebene Optimierung: Produktionsdaten für Predictive Maintenance und Prozessstabilisierung nutzen.
Lieferanten- und Partnernetzwerk: Materiallieferanten, Nachbearbeitungspartner und Zertifizierer früh einbinden.
Lean-Ansatz: Kurze Iterationszyklen, schnelle Validierungen und schrittweiser Ausbau vermeiden Fehlinvestitionen.

Skalierungsfahrplan (konkret)

Phase 0 — Strategische Bewertung: Auswahl initialer Bauteile und Definition von KPIs.
Phase 1 — Pilotlinie: Aufbau, Testläufe, dokumentierte Qualitätsergebnisse.
Phase 2 — Optimierung: Automatisierung von Peripherie, Reduktion Nachbearbeitungsaufwand, Prozessstabilisierung.
Phase 3 — Serienstart: Skalierung auf mehrere Zellen, vollständige Integration in ERP/MES.
Phase 4 — Kontinuierliche Verbesserung: Feedback-Schleifen zwischen Produktion, Entwicklung und Qualität.

Nachhaltigkeit, Kosten und Risikomanagement in der Additiven Serienproduktion

Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit sind eng gekoppelt. Ein ressourcenbewusster AM-Prozess senkt langfristig Kosten und verbessert die CO2-Bilanz.

Nachhaltigkeitsaspekte

Materialeffizienz: AM reduziert Werkstoffabfall verglichen mit subtraktiven Verfahren. Pulverrückführung kann Verluste weiter minimieren.
Lokale Produktion: Reduzierte Transportwege senken Emissionen und Abhängigkeiten.
Energieeffizienz: Optimierte Bauraumauslastung und verkürzte Nachbearbeitung reduzieren Energieverbrauch pro Teil.
Kreislaufwirtschaft: Wiederaufbereitung von Pulver und Recyclingkonzepte für Polymerreste sind wichtige Hebel.

Kostenstruktur und Wirtschaftlichkeit

Wichtige Kostenfaktoren, die Sie analysieren sollten:

Investitionskosten für AM-Maschinen und Peripherie
Materialkosten und Pulverwiederaufbereitung
Arbeitskosten für Nachbearbeitung
Energie- und Infrastrukturkosten
Kosten für Prüfungen und Zertifizierungen

Hinweis: Die Wirtschaftlichkeit hängt stark vom Bauteildesign ab. Ein schlecht optimiertes Teil bleibt teuer, egal wie effizient die Maschine ist.

Risikomanagement: Praktische Maßnahmen

Robuste Prozessfenster festlegen und dokumentieren.
In-Line-Monitoring und Alarmierung für kritische Abweichungen einrichten.
Mehrere Materialquellen qualifizieren, um Lieferengpässe zu vermeiden.
Regulatorische Anforderungen frühzeitig klären und Testpläne anpassen.
Versicherung gegen Produktionsausfall und Qualitätsmängel prüfen.

FAQ — Häufig gestellte Fragen zur Additiven Fertigung Serienproduktion

1. Für welche Bauteile lohnt sich die Additive Fertigung Serienproduktion?

Die Additive Fertigung Serienproduktion lohnt sich insbesondere für Bauteile mit komplexer Geometrie, hoher Teileintegration, Potenzial zur Gewichtsreduzierung oder für Variantenfertigung mit kleinen bis mittleren Stückzahlen. Typische Kandidaten sind Leichtbauteile im Automotive- und Luftfahrtbereich, kundenspezifische Komponenten in der Medizintechnik sowie Teile, die durch Montagereduktion und Funktionenkombination wirtschaftlich werden. Eine Machbarkeitsstudie hilft, das konkrete Einsparpotenzial systematisch zu bewerten.

2. Wie unterscheiden sich die Stückkosten im Vergleich zu konventionellen Verfahren?

Die Stückkosten hängen stark vom Bauteildesign, der Auslastung des Bauraums, den Nachbearbeitungsanforderungen und der Automation ab. Bei geringen Stückzahlen oder bei Bauteilen mit hoher Komplexität kann AM deutlich günstiger sein, weil Werkzeugkosten entfallen. Bei hohen Stückzahlen sind konventionelle Verfahren oft günstiger, es sei denn, AM führt zu signifikanten Einsparungen bei Montage oder Materialeinsatz. Daher ist eine Total-Cost-of-Ownership-Betrachtung unerlässlich.

3. Welche Qualitätsnachweise werden für die Serienproduktion benötigt?

Je nach Branche und Anwendung sind definierte Prüfpläne, Materialzertifikate, Prozessdokumentationen und Stichprobenprüfungen notwendig. In regulierten Industrien (Luftfahrt, Medizintechnik) sind umfangreiche Validierungen, Rückverfolgbarkeit jeder Charge und Nachweise zur Dauerfestigkeit Pflicht. Nicht-destruktive Prüfverfahren wie CT-Scans sowie In-Line-Monitoring ergänzen die Prüfstrategie, um interne Defekte frühzeitig zu erkennen.

4. Welche Rolle spielt Materialrecycling und Pulverwiederaufbereitung?

Materialrecycling ist ein wesentlicher Faktor für Nachhaltigkeit und Kosten. Metallpulver und Polymerreste können unter kontrollierten Bedingungen wiederaufbereitet werden, wobei Partikeleigenschaften überwacht werden müssen. Eine lückenlose Chargendokumentation und Qualitätskontrolle sind notwendig, um Materialeigenschaften stabil zu halten und damit die Prozessstabilität in der Serienfertigung sicherzustellen.

5. Wie skalieren Unternehmen erfolgreich von Pilot zur Serienproduktion?

Erfolgreiche Skalierung erfolgt schrittweise: starten Sie mit einer Pilotlinie, definieren Sie klare KPIs (Qualität, Zykluszeit, Ausschuss) und optimieren Sie Prozesse iterativ. Modularität der Fertigungszellen, Automatisierung der Peripherie (Entpulvern, Handling) sowie datengetriebene Analysen sind Schlüssel. Binden Sie Lieferanten und Nachbearbeitungspartner früh ein und integrieren Sie MES/ERP für Traceability und Produktionsplanung.

6. Welche Prozessüberwachungs- und Prüfmethoden sind empfehlenswert?

In-Line-Monitoring (z. B. Laser- und Kamerasensorik) zur Schichterkennung, CT-Scans für Volumeninspektion, Ultraschall oder Durchstrahlungsprüfungen sowie zerstörende Materialtests für periodische Validierung bilden zusammen ein robustes Prüfkonzept. Ergänzend sollte SPC (statistische Prozesskontrolle) etabliert werden, um Trends frühzeitig zu erkennen und Gegenmaßnahmen einzuleiten.

7. Wie wirken sich gesetzliche Vorgaben und Zertifizierungen auf die Einführung aus?

Gesetzliche Anforderungen und Zertifizierungen können den Aufwand erheblich erhöhen, insbesondere in sicherheitskritischen Branchen. Sie erfordern umfangreiche Dokumentation, Prüfprotokolle und oft Dritte-Auditierungen. Deshalb ist die frühzeitige Einbindung von Zertifizierungsstellen, die Erstellung belastbarer Validierungspläne und eine lückenlose Prozessdokumentation empfohlen.

8. Welche ROI-Treiber sind relevant für eine Entscheidungsgrundlage?

Wichtige ROI-Treiber sind Einsparungen durch geringere Montagekosten, Gewichtsreduktion (z. B. Treibstoff- oder Energieeinsparungen), reduzierte Lager- und Transportkosten durch digitale Lager sowie kürzere Time-to-Market für Varianten. Aufwandsfaktoren sind Investitionskosten, Nachbearbeitung und Prüfaufwand. Eine detaillierte TCO-Analyse ist daher unerlässlich.

9. Wie hoch ist der Automatisierungsgrad, der für wirtschaftliche Serienproduktion erforderlich ist?

Der erforderliche Automatisierungsgrad hängt von der gewünschten Taktzeit und Stückzahl ab. Für mittlere Serien sind bereits teilautomatisierte Peripherie-Module (Roboterhandling, automatisierte Entpulverung) wirtschaftlich. Bei großen Stückzahlen lohnt sich die weitgehende Automatisierung von Materialzufuhr, Teilehandling und Nachbearbeitung, um Personalkosten zu senken und Prozessstabilität zu erhöhen.

10. Welche ersten Schritte empfehlen Sie Unternehmen, die AM in die Serienproduktion überführen wollen?

Beginnen Sie mit einer klaren Bauteilauswahl, führen Sie Machbarkeitsstudien durch, definieren Sie KPIs und starten Sie eine Pilotlinie mit dokumentierten Prozessen. Investieren Sie in DfAM-Schulungen, qualifizieren Sie Materialien und sorgen Sie für eine robuste Prüfstrategie. Nutzen Sie externe Expertise für Pilotierung und Skalierung, um typische Fehler zu vermeiden und die Lernkurve zu verkürzen.

Fazit und konkrete Handlungsempfehlungen

Die Implementierung der Additiven Fertigung Serienproduktion ist eine Chance, die viele Unternehmen nicht länger ignorieren sollten — aber sie erfordert Planung, Disziplin und iterative Umsetzung. Folgende Handlungsempfehlungen helfen Ihnen, Schritt für Schritt vorzugehen:

Checkliste für Ihren Einstieg

Wählen Sie 2–5 Pilotbauteile mit hohem Nutzenpotenzial.
Definieren Sie messbare KPIs (Qualität, Zykluszeit, Stückkosten).
Implementieren Sie DfAM-Prozesse in der Produktentwicklung.
Planen Sie Nachbearbeitung und Automatisierung von Anfang an.
Setzen Sie In-Line-Monitoring und Traceability als Standard.
Dokumentieren Sie Materialchargen, Prozessparameter und Prüfergebnisse lückenlos.

Wenn Sie Unterstützung bei der Machbarkeitsanalyse, der Pilotierung oder der Skalierung benötigen, steht Sher Corp bereit — praxisnah, technisch versiert und mit einem klaren Blick auf Wirtschaftlichkeit. Beginnen Sie mit kleinen, kontrollierten Schritten, messen Sie systematisch und skalieren Sie basierend auf harten Daten. So wird die Additive Fertigung Serienproduktion nicht zum Risiko, sondern zum Wettbewerbsvorteil.

Wollen Sie tiefer einsteigen? Nutzen Sie unsere kostenlosen Checklisten oder kontaktieren Sie Sher Corp für eine individuelle Machbarkeitsanalyse — wir helfen Ihnen dabei, Additive Fertigung Serienproduktion in Ihrem Unternehmen wirtschaftlich und sicher umzusetzen.