Die Bachelorarbeit „Wirtschaftlichkeit und Anwendbarkeit von 3D-Fließbanddruckern in der Serienproduktion in produzierenden Unternehmen“, die im August 2022 im Studiengang Wirtschaftsingenieur Maschinenbau WIM der Hochschule Düsseldorf eingereicht wurde, analysiert die Wirtschaftlichkeit von Fließband-3D-Druckern im Vergleich zu klassischen kartesischen Druckern. Anhand von fünf umzusetzenden Beispielobjekten (ein Ring, ein Motorwinkel, ein Gehäuse, eine Einlegesohle und ein Kabelkanal) wurde eine Wirtschaftlichkeitsrechnung erstellt und der Maschinenstundensatz ermittelt.
Das Ergebnis: Die variablen Kosten beim Fließband-3D-Druck auf einem One Pro von iFactory3D waren jeweils niedriger als beim Vergleichsdrucker, einem Ultimaker S3 und S5. Alle fünf Objekte ließen sich mit dem Fließband-3D-Drucker zu einem niedrigeren Stückpreis herstellen.
Die Gründe:
- Durch den 45°-Druckwinkel wird beim Fließband-3D-Druck weniger Material benötigt und es können komplexe Geometrien ohne Stützstrukturen gedruckt werden.
- Ein weiterer Pluspunkt des Fließband-3D-Drucks ist die uneingeschränkte Länge des Bauraums. Wo für die Bachelorarbeit zwei Ultimaker benutzt wurden, um einige Bauteile drucken zu können, konnte der Fließband-3D-Drucker alle gewählten Bauteildimensionen bewältigen und am laufenden Band Objekte am Stück fertigen.
- Dadurch entfallen zusätzliche Personalkosten und Wartezeiten, denn der Fließbanddrucker kann wochenlang laufen und fortlaufend produzieren.
70 % weniger Produktionskosten durch AM
Beispiel Kabelkanal: weniger Druckzeit, Stückpreis und Personalkosten
Bei einem langen Druckobjekt wie dem Kabelkanal geht die hohe Ersparnis pro Stück darauf zurück, dass beim One Pro, im Gegensatz zum S3 oder auch dem größeren S5, die benötigten 1,50 m am Stück durchgängig gedruckt werden konnten. Durch das Fließband als Druckbett ist in z-Richtung keine Grenze gesetzt. Für den Bauraum des S3 wurde der Kabelkanal dagegen in acht Stücke unterteilt, die in zwei Durchgängen gedruckt werden mussten, da nur vier gleichzeitig auf die Fläche passen.
Ergebnis: die Druckzeit ist beim S3 um 66 % länger. Zudem schlägt sich der jeweils notwendige Neustart des Druckvorgangs als Arbeitszeit mit entsprechender Entlohnung in den Prozesskosten nieder. Insgesamt ist der Stückpreis für das lange Bauteil auf dem S3 gut 3,5-mal so hoch wie beim One Pro .
Bei der Produktion größerer Mengen kleiner Druckteile wie z.B. einem Ring (Abstandshalter) oder Motorwinkel auf einem kartesischen Drucker müssen die Objekte bei einer Maximalauslastung der Bauplatte nach gut 50 bzw. 30 gedruckten Stück manuell aus dem Bauraum entfernt werden. Dieser Schritt entfällt beim kontinuierlich durchlaufenden Fließband-3D-Drucker, was wiederum Personalkosten spart.
Niedrigere Stückkosten bei jedem Vergleichsbeispiel
Aufgrund der Einsparungen bei den variablen Kosten erreicht der One Pro im exemplarischen Vergleich immer einen Punkt, an dem die Gesamtproduktionskosten mit diesem Gerät günstiger sind. Der Ultimaker S3 hat rund 9 % niedrigere Gesamtfixkosten, was dem geringen Preisunterschied bei den Anschaffungskosten entspricht. Wegen geringerer Betriebskosten und dem niedrigeren Materialverbrauch rentiert sich jedoch der Einsatz des Fließbanddruckers je nach Objekt über kurz oder lang.
Im Vergleich zu klassischen 3D-Drucker-Modellen lohnt sich die Anschaffung eines Fließband-3D-Druckers schon bei einer Stückzahl von wenigen tausend Objekten, besonders im Kleinserienbereich, für KMUs und Einzelunternehmer.
Anmerkung: In Auftrag gegebenen und betreuten wurde die Bachelorarbeit von iFactory3D, dem Hersteller des Fließband-3D-Druckers.
