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2. April 2019
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Der 3D-Druck von Maschinen- und sonstigen Industriebauteilen, auch additive Fertigung genannt, hat das Potenzial, den digitalen Wandel weiter zu beschleunigen. Das größte 3D-Wachstumstempo dürften die Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt sowie der Einzelhandel erzielen. 3D beschränkt sich vorerst oftmals auf Anwendungen in der Nische, aber mittels 3D könnten zum Beispiel Autoproduzenten in einigen Jahren kundenindividuelle Fahrzeuge direkt am Auslieferungsort fertigen. Risiken wie Produkthaftung oder Schutz geistigen Eigentums verdienen infolge der steigenden 3D-Marktpenetration mehr Beachtung. Per Saldo ist aber ein dynamischer 3D-Fortschritt zu erwarten. [mehr]
EU-Monitor Digitale Ökonomie und struktureller Wandel Der 3D-Druck von Maschinen- und sonstigen Industriebauteilen, auch additive Fertigung genannt, hat das Potenzial, den digitalen Wandel weiter zu beschleu- nigen. Dank 3D verkürzen sich Produktlebenszyklen und die Variantenvielfalt steigt. Mittels additiver Verfahren können komplexe und gleichwohl stabile Geo- metrien gewichtssparend erstellt werden, für die traditionelle Produktionsverfah- ren wenig geeignet sind. Nach einem plausiblen PwC/Materialise-Szenario dürfte das weltweite 3D-Marktvolumen der Nische bis 2030 EUR 22,6 Mrd. er- reichen. Auf den relevanten 3D-Märkten – dies sind die Medizintechnik, die Luft- und Raumfahrt, die Automobil- und sonstige Industrie sowie der Einzelhandel – wachsen die Marktvolumina im Betrachtungszeitraum um 13 bis 23% p.a. Der private Gebrauch relativ preiswerter 3D-Drucker steigt. Doch volkswirt- schaftlich sehr viel bedeutsamer ist die industrielle Nutzung der innovativen 3D- Technologien (oft mehr als 100.000 EUR pro Fall) in den unterschiedlichen Marktsegmenten. Zu Beginn der laufenden Dekade diente der 3D-Druck in der Regel „nur“ als Werkzeug für das Prototyping. Mittlerweile steigt das Interesse an 3D-Verfahren für die industrielle Fertigung. Die moderne 3D-Welt kombiniert Einzel- und Serienfertigung immer öfter. Das größte 3D-Wachstumstempo dürften die Medizintechnik sowie die Luft- und Raumfahrt erzielen : Neue 3D-Medizintechnik verbessert die Patientenversor- gung durch zusätzliche Diagnose- und Behandlungsmöglichkeiten. Die Zahn- medizin ist ein 3D-Vorreiter. Und selbst der Orthopädietechnik ermöglicht die 3D-Technik noch mehr Präzision. Luft- und Raumfahrt nutzen 3D zur Einspa- rung von Gewicht und damit Transportkosten. Mithilfe von 3D können Astronau- ten künftig im Weltraum Werkzeuge oder Ersatzteile selbst erstellen. 3D beschränkt sich vorerst – z.B. in der Autoindustrie – oftmals auf Anwendun- gen in der Nische. Aber mittels 3D könnten Autoproduzenten in einigen Jahren kundenindividuelle Fahrzeuge direkt am Auslieferungsort fertigen. Der 3D-Fort- schritt im industriellen Fertigungsprozess begünstigt so unterschiedliche Bran- chen wie Gießereien und den Maschinenbau. Und selbst Einzelhändler können dank der neuen 3D-Technologien immer öfter einige vom Kunden gewünschte Waren selbst produzieren. Größere Einzelhändler könnten sogar im Lieferwa- gen direkt vor Ort das gewünschte Produkt anfertigen. Die Palette ist vielfältig; sie umfasst ganz verschiedene Waren wie Schuhkollektionen, Sportartikel, Schmuck, Fahrräder und Accessoires. Risiken wie Produkthaftung oder Schutz geistigen Eigentums verdienen infolge der steigenden 3D-Marktpenetration mehr Beachtung. Per Saldo ist aber ein dynamischer 3D-Fortschritt zu erwarten. Autor Josef Auer +49 69 910-31878 josef.auer@db.com Editor Stefan Schneider Deutsche Bank AG Deutsche Bank Research Frankfurt am Main Deutschland E-Mail: marketing.dbr@db.com Fax: +49 69 910-31877 www.dbresearch.de DB Research Management Stefan Schneider 2. April 2019 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 2 | 2. April 2019 EU-Monitor Fertigungsverfahren 3D-Druck relativ jung Die Be- und Verarbeitung von Materialien ist immer schon ein wichtiger Bau- stein des industriellen Fortschritts. Traditionell werden drei Verfahren differen- ziert: — Formende Verfahren nutzen thermische oder mechanische Kräfte, um Ge- genstände zu gießen, biegen oder zu pressen. — Subtraktive Verfahren fertigen Zielobjekte, indem sie Basismaterialien boh- ren, fräsen oder auf andere Art elektromechanisch bearbeiten. — Hybride Verfahren kombinieren die beiden genannten Materialbearbeitungs- verfahren auf die eine oder andere Weise. Von diesen herkömmlichen Verfahren unterscheidet sich der 3D-Druck, für den in den 1980er Jahren erste Ansätze mit unterschiedlichen Verfahren entwickelt wurden. 1 Gemeinsam ist den 3D-Verfahren die generative Erzeugung dreidi- mensionaler Gegenstände. Dazu werden Materialien Schicht für Schicht aufge- tragen, abgelagert oder hinzugefügt. Da die schichtweise Objektfertigung mittels digitaler Computermodelle gesteuert wird, wird das Fertigungsverfahren auch 3D-Druck genannt. Weitere gebräuchli- che Bezeichnungen, die sich in der Fachliteratur für 3D-Druck finden, sind vor allem Additive Fertigung bzw. Generative Fertigung. 3D und additive Fertigung werden hier synonym verwendet, auch wenn 3D – technisch gesehen – nur für eines der additiven Fertigungsverfahren steht. Der 3D-Druck ist mittlerweile für viele Werkstoffe wie Metalle, Kunststoffe, Kunstharze und Keramiken nutzbar. Überdies gibt es Entwicklungsansätze, den 3D-Druck mittels Kohlenstoff und Grafit zu praktizieren. 2 Auf mittlere Sicht dürf- ten gleichwohl Kunststoff und Metall die am häufigsten verwendeten Basismate- rialien für 3D-gedruckte bzw. additiv gefertigte Komponenten bleiben. Der 3D-Druck vereint zwei Bearbeitungsvorteile. Anders als bei der traditionell subtraktiven Anfertigung (z.B. durch Fräsen oder Bohren), die typischerweise Reste wie Bearbeitungsspäne mit sich bringt und zusätzliche Werkzeuge erfor- dert, produziert 3D direkt das Erzeugnis. Dies ist unter sonst gleichen Bedingun- gen wirtschaftlicher und schont Ressourcen (z.B. Energie, kein Anfall von Rest- stoffen). Zudem birgt 3D ganz grundsätzlich einen Innovationsvorteil. An- spruchsvolle Geometrien, die mittels subtraktiver Fertigung bisher kaum oder nur mit großem Aufwand verbunden produziert werden konnten, sind für den 3D-Druck oftmals weniger problematisch. 1 Bereits 1981 publizierte Hideo Kodama ein Verfahren zur Prototypenentwicklung (Rapid Prototy- ping) mittels Photopolymeren. Die Methode der Schicht-auf-Schicht-Fertigung war ein Vorläufer der Stereolithographie (SLA). 1984 meldete Charles Hull sein erstes SLA-Patent an. Dann mel- dete 1988 Carl Deckard ein Selektives Lasersintern-Verfahren (SLS) als Patent an, das mittels Laser keine Flüssigkeit, sondern Pulverkörner verschmolz. Und 1989 meldete Scott Crump das Fused Deposition Modelling (FDM) zum Patent an. Damit wurden innerhalb eines Jahrzehnts ent- scheidende additive 3D-Verfahren entwickelt. Zur Historie vgl. z.B. Kapitza, Laura (2018). Die Geschichte des 3D-Druck von den 1980ern bis heute. April. https://www.sculpteo.com/blog/de/2018/04/11/die-geschichte-des-3d-drucks/ 2 Zu Details vgl. SGL Carbon (2016). Mit Kohlenstoff in neue Dimensionen. 3D-gedruckte Kompo- nenten auf Kohlenstoff- und Grafit-Basis. 3D ergänzt drei traditionelle Verfahren der Materialbearbeitung 3D hat wichtige Bearbeitungsvorteile 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 3 | 2. April 2019 EU-Monitor 3D-Fortschritt von der Einzelfertigung zur Serie Zu Beginn des 3D dominierte die Einzelfertigung. Auch heute noch ist ein 3D- Schwerpunkt die Erstellung von Prototypen, Einzelstücken und Sondermodel- len; dies wird auch so bleiben. Hier hat die Technik viele Vorteile, da die Anferti- gung der Unikate vergleichsweise wenig Aufwand erfordert. Der Prototypbau von neuen Modellen (z.B. von neuartigen Autos, Maschinen oder Bauwerken) oder privaten Anwendungen (z.B. von Spielzeug oder Schmuck) hat auch wei- terhin günstige Perspektiven. Vorteile bietet 3D zudem für Kunst, Design, Archi- tektur und wissenschaftliche Einrichtungen wie Labore. Ökonomisch noch weitaus interessanter ist die Serienfertigung. Hier haben sich in den letzten Jahren eine Reihe von Branchen betätigt und ein erhebliches Wachstumspotenzial generiert. In der 3D-Praxis werden Einzel- und Serienferti- gung mittlerweile oft kombiniert. So kann ein neues Automodell/teil zuerst singu- lär als verkleinertes Muster gefertigt werden. Nach Überprüfung der Alltagstaug- lichkeit des neuen Modellkonzepts folgt sodann die Serienfertigung, und dies ebenfalls auf 3D-Basis. Besonderes Augenmerk rund um 3D verdienen fol- gende Bereiche: — die Medizintechnik, — Luft- und Raumfahrt, — die im Umbruch befindliche Automobilindustrie, — die sonstigen/restlichen Industriebranchen sowie — der Einzelhandel. Gute Perspektiven in zentralen Branchen Mittlerweile ist die Erkenntnis in vielen Industriezweigen gereift, dass die 3D- Technologie weitaus mehr ermöglicht als eine günstige Fertigung von Prototy- pen. Zuletzt präsentierten im November 2018 450 Aussteller bzw. Hersteller auf der größten deutschen und international sehr beachteten Messe für 3D-Druck, der Formnext in Frankfurt, ihre Ergebnisse und Geschäftsideen 3 . Plausibel er- scheint eine hier präsentierte Einschätzung von „strategy &“, der Strategiebera- tung von PwC, in Kooperation mit den 3D-Spezialisten von Materialise. Dem- nach könnte das weltweite Marktvolumen für 3D-gedruckte Produkte bis 2030 auf EUR 22,6 Mrd. anwachsen, von 2015 erst EUR 1,9 Mrd. Der zunehmend massenhafte Einsatz der neuen 3D-Technologie ermöglicht somit im Betrach- tungszeitraum bis 2030 ein Wachstum von durchschnittlich 18% pro Jahr. Es handelt sich freilich um ein starkes Wachstum in der Nische. Die jährlichen Wachstumsraten für 3D-Druckprodukte in den beiden Branchen Medizintechnik sowie Luft- und Raumfahrt werden demnach mit je plus 23% p.a. noch höher lie- gen als die der Automobilindustrie (+15% p.a.), der sonstigen Industrie (+14% p.a.) sowie im Einzelhandel (+13% p.a.). 4 3 Zur Einordnung der Formnext vgl. z.B. Handelsblatt (2018). Messe Formnext. Wenn das Motor- rad aus dem Drucker fährt. 16. November. S. 26/27. 4 Vgl. PwC/Materialise (2018). Key findings 3D-P. Market Forecast Model. January. S. 1. 3D bleibt für Prototypen und Einzel- fertigung weiter interessant Immer mehr Bereiche nutzen 3D für die Serienfertigung Weltweit expandiert das 3D-Marktvo- lumen bis 2030 sehr dynamisch um jährlich 18% 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 4 | 2. April 2019 EU-Monitor Medizintechnik: 3D bringt Patienten viele Vorteile 3D ermöglicht Fortschritt auf zwei Ebenen: Auf der Diagnoseebene können künstlich intelligente Machine-Learning-Systeme mittels 3D-Scans in immer ausgereifteren Mustererkennungsverfahren insbesondere Augenkrankheiten oder Hautkrebs/Vorstufen frühzeitig diagnostizieren. Damit sind sie bestens ge- eignet, das jeweilige Facharztwissen rund um die Identifikation von Krankheiten zu ergänzen und damit die Trefferquoten weiter zu erhöhen. Auf der Behandlungsebene stehen zunächst bereits existierende Medizintechni- ken auf dem Prüfstand. Im Kern geht es um die Überprüfung der Praktikabilität der neuen 3D-Technologien für einen innovativen Upgrade bzw. eine völlig neu- artige Anfertigung. Im Anschluss daran dürften komplette Neuentwicklungen und Technologien den Fokus bilden. Dazu zählen anwendbare Technikverfah- ren und neuartige nichtmetallische, gleichwohl biokompatible Materialien, die keine immunologischen Reaktionen hervorrufen. Insgesamt, so die Erwartung, könnte das 3D-Marktvolumen weltweit von EUR 0,26 Mrd. (2015) auf EUR 5,6 Mrd. Euro im Jahre 2030 expandieren. 5 Damit könnte der 3D-Druck in der Medi- zintechnik ein schnelleres Wachstumstempo erzielen als in der Auto- oder sons- tigen Industrie. Dabei reicht die Palette von der Zahnmedizin bis hin zu medizin- nahen Bereichen wie der Orthopädietechnik. Zahnmedizin ist ein 3D-Vorreiter In der Kieferorthopädie ist der 3D-Druck von Schienen sowie in der Implantolo- gie und Endodontie (das ist die Behandlung des Zahninneren) für geführte Schablonentechnik als großes Zukunftsthema angekommen. Zu erwarten ist, dass Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgen künftig Schablonen in der eigenen Praxis drucken, also die Fertigung nicht mehr außer Haus vergeben. Es ist ein Vorteil für größere Zahnarztpraxen, die einen implantologischen Schwerpunkt haben, dass sie 3D-Druck bereits für die Inhouse-Fertigung von Schablonen, Provisorien oder Brücken einsetzen können. Dagegen ist der 3D-Druck für klei- nere Praxen oftmals (noch) zu teuer. Gedruckte Totalprothesen gibt es zwar schon; da sie nach Einschätzung von Experten aber noch nicht so funktional wie klassisch hergestellte sind, wird es wohl noch etwas Zeit und technischen Fortschritt erfordern, bis sie sich durchsetzen. 6 Der 3D-Druck hat in der Zahnheilkunde gute Anwendungschancen bei Kronen, Prothesen, Brücken, orthodontischen Apparaturen für die Korrektur von Zahn- stellungsanomalien sowie für die Anfertigung von digitalen Zahnmodellen. Ob- wohl mittlerweile bereits einem Roboter die Implantation 3D-gedruckter Zähne gelang, dürfte es noch Jahre dauern, bis dieser neue Technikeinsatz so ausge- reift ist, dass er zum Alltagsgeschäft herkömmlicher Zahnarztpraxen wird. 7 In der Zahnheilkunde kommen künftig immer öfter die unterschiedlichsten Me- tall- und Kunststoffdruckverfahren zum Einsatz. Die Palette ist reichhaltig. Sie umfasst Technologien wie das selektive Laserschmelzen (SLM), das selektive Lasersintern (SLS), das Digital Light Processing (DLP), das Polyjetverfahren so- wie die Stereolithographie. In der Praxis sollte die jeweilige Notwendigkeit des Einzelfalls entscheiden, welche 3D-Technik genutzt wird. Per Saldo hat der 3D- Druck in der Zahnheilkunde aber eine gute Zukunft. 5 Vgl. PwC/Materialise (2018). Key findings 3D-P. Market Forecast Model. January. S. 6. 6 Vgl. Dentalmagazin (2018). Die Zukunft des 3D-Drucks. 15. Juni. 7 Vgl. ZWP-Online (2018). Megatrend 3D-Druck: Zahnheilkunde führt das Feld an. 29. Oktober. 3D ermöglicht bessere Patientenver- sorgung 3D verändert angestammte Prozess- und Wertschöpfungsketten Vielfältige Anwendungschancen in der Zahnheilkunde 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2015 2020 2030 Globaler Umsatz, EUR Mio. 3D-Markt der Medizintechnik: Plus 23% p.a. bis 2030 1 Quellen: Strategy&/PwC, Deutsche Bank Research 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 5 | 2. April 2019 EU-Monitor Orthopädietechnik dank 3D-Technik noch präziser Die neuen Möglichkeiten der 3D-Technik verbinden das Handwerk der Orthopä- dietechnik mit Hightech. Zu den wichtigsten Aufgaben von Orthopädietechnikern zählt die Anfertigung von Orthesen und Prothesen: — Orthesen sind künstlich hergestellte Hilfsmittel, die äußerlich direkt am Kör- per getragen werden, um Gliedmaßen oder den Rumpf zu stabilisieren, kor- rigieren, entlasten oder ruhigzustellen. — Prothesen dagegen helfen, indem sie ein fehlendes oder geschädigtes Kör- perteil (z.B. Bein-/Armprothese), Organ oder Organteil nachbilden. Ein Vorzug des 3D-Drucks bei der Herstellung von Orthesen ist es, dass ohne Körperkontakt mittels einer 3D-Scantechnologie die erforderlichen Daten ermit- telt werden können, die eine nahezu perfekte Orthese ermöglichen. Überdies ermöglicht der 3D-Druck auch eine ästhetische Gestaltung nach dem Wunsch des Patienten. Orthopädische Schuheinlagen, ein Sonderfall der Orthesen, sind bisher in der Regel Massenwaren für relativ typische Vorfälle. Die Nutzung mo- derner 3D-Scantechnologien erlaubt nun stärker individuell angepasste Einla- gen. Die Anfertigung von Prothesen mittels 3D-Druck kann unter Verwendung von 3D-lasergescannten Bildern oder die Nutzung von CT-Bildern genauer ausfallen als traditionelle Fertigungsverfahren. Ziel sind auch hier möglichst patientenspe- zifische Prothesen. Diesbezüglich hat der 3D-Druck den Vorteil, dass er mittler- weile die Verwendung von Metallen, Kunststoffen und Keramiken erlaubt. Zu- dem spricht für den 3D-Druck die relativ kurze Herstellungszeit gegenüber den traditionellen Fertigungsverfahren, die fast immer Einzelfertigung sind. Das 3D-Spektrum im Gesundheitswesen zeigt sich deutlich rund um die Zahn- heilkunde und Orthopädie. In Zukunft wird noch viel mehr möglich sein. Das zeigt exemplarisch die Chirurgie: Schon heute werden mittels 3D-Technik spezi- ell auf Einzelpatienten adjustierte Operationswerkzeuge gedruckt, die den chi- rurgischen Eingriff vereinfachen. Luft- und Raumfahrt: Einsparung birgt Potenzial Für Luft- und Raumfahrt ist das Gewicht ein entscheidendes Kosten- und damit Erfolgskriterium. Daher ist es kein Zufall, dass beide Industriebranchen seit mehr als 20 Jahren mit der additiven Fertigung experimentieren und zu deren Pionieren zählen. Im Vergleich zur konventionellen Teilefertigung lassen sich mittels 3D-Technik geometrisch anspruchsvolle und leichtere Teile herstellen. Die additiv gefertigten Leichtbauteile erreichen dabei die gleiche Festigkeit und Funktionalität wie die konventionell produzierten Teile. Die Gewichtsreduktion spart über den gesamten Nutzungszeitraum des Fluggeräts signifikante Treib- stoffmengen und damit Kosten. 8 Die eher kleinen Losgrößen in der Luft- und Raumfahrt sprechen auch für addi- tive Fertigung. Gerade dafür ist die 3D-Technologie bekannt und von Vorteil. Hinzu kommt, dass mittels der additiven Technologie Ersatzteile auch ortsunab- hängig relativ schnell erstellt werden können. 9 Dies macht sie für die Luft- und insbesondere die Raumfahrtindustrie sehr interessant. 8 Vgl. Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung (2017). Additive Ferti- gungsverfahren. 29. August. S.15. 9 Vgl. Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung (2017). S. 43. Orthese kann dank 3D auf Gipsab- drücke verzichten Mittels 3D können genauere Prothesen gefertigt werden Selbst die Chirurgie nutzt immer häufiger die 3D-Vorteile 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 6 | 2. April 2019 EU-Monitor 2015 wurden in der Luft- und Raumfahrt mittels 3D-Druck weltweit erst 0,49% der Produkte erstellt. Das entsprach einem Marktvolumen von EUR 0,43 Mrd. Ein Wachstumstreiber dürfte in den kommenden beiden Jahren die Zertifizie- rung der innovativen 3D-Technologien sein. 2030 könnte das globale Marktvolu- men dann schon EUR 9,6 Mrd. erreichen, so „strategy &“. 10 Die Hauptimpulse kommen dabei wohl von völlig neuen Konstruktionen auf 3D-Basis. In der Luftfahrt immer mehr additive Fertigung Die technischen Vorteile des 3D-Drucks machten das Fertigungsverfahren früh für Flugzeug- und Triebwerkhersteller interessant. Mit derzeitiger 3D-Technik ist zwar die Produktion von Flugzeugflügeln und Rumpf in der Regel noch nicht ökonomisch vertretbar. Gleichwohl wurden in den letzten Jahren bereits erste 3D-Erfolge mit einzelnen Baukomponenten wie leichteren Scharnieren oder Ka- binenteilen erzielt. In der laufenden Dekade vollbrachten große internationale Flugzeughersteller wie Boeing und Airbus sowie der deutsche Marktführer im Triebwerksbau, MTU Aero Engines, wichtige Pionierarbeiten, indem sie unterschiedlichste Kunststoff- und Metallbauteile (u.a. aus Aluminium, Edelstahl oder Titan) additiv fertigten. Zielobjekte waren dabei neben neuen Passagierflugzeugen auch militärische Flugzeugtypen. 11 Für die Luftfahrt werden Gewichts-, Verbrauchs- und Emissionseinsparungen immer wichtiger. 12 Ein Bedeutungszuwachs der additiven 3D-Fertigung ist damit programmiert. Dank der 3D-Technologie werden künftig immer wieder neue und für die Luftfahrt geeignete Materialien und Produkte auf den Markt dringen. Raumfahrt: 3D kommt für Komponenten, Triebwerke und Ersatz- teile Für die Raumfahrt sind Gewichtseinsparung und mehr Flexibilität noch entschei- dender als in der Luftfahrt. Dank der 3D-Technologie können mittlerweile erste Komponenten gefertigt und optimiert werden, deren Funktionalität jene von tra- ditionell hergestellten Teilen übertrifft. Forschungsfortschritt zeigen auch Labor- tests mit Raketentriebwerken, in die 3D-gefertigte Brennkammern sowie aus Ti- tan gefertigte Düsen integriert wurden. 13 Ein wichtiges Zukunftsthema ist die schnelle und flexible Fertigung von Ersatz- teilen im Weltall. Bisher kennzeichnen Ersatzbeschaffungen auf der Erde einen hohen Zeit- und Kostenaufwand. Hinzu kommt der absehbare Bedeutungsge- winn von Langzeitmissionen – zu Mond, Mars usw. All dies spricht für die Nut- zung additiver Fertigungsanlagen vor Ort im All. Vorteile verspricht in diesem Zusammenhang auch das „weltraumtaugliche Recycling“ nicht mehr benötigter Materialien, um sie sodann mittels 3D einer neuen Verwendung zuzuführen. 14 Künftig sollten Astronauten im Weltraum Ersatzteile und Werkzeuge einfach und schnell selbst herstellen können. Die schweren Teile müssen somit nicht mehr an Bord mitgenommen werden. Konkret geht es darum, metallisches Pulver mit- tels Laserstrahlung unter einer Schutzgasatmosphäre und unabhängig von der 10 Vgl. PwC/Materialise (2018). Key findings 3D-P. Market Forecast Model. January. S. 3. 11 Zu Details und Perspektiven rund um die einzelnen Technologien und Unternehmen vgl. Aus- schuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung (2017). S. 43-45. 12 Zum derzeitigen 3D-Durchbruch in Kernbereichen der Luftfahrtindustrie vgl. Roland Berger (2017). Additive Manufacturing in Aerospace and Defense (2017). May. S. 3-19. 13 Vgl. Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung (2017). S. 45. 14 Schon 2014 testete die NASA die additive Fertigung von Kunststoffteilen im All. Zu Details vgl. Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung (2017). S. 45/46. 3D ermöglicht Raumfahrt entschei- dende Gewichtseinsparungen und … … eine flexible Ersatzfertigung im All 0 2000 4000 6000 8000 10000 2015 2020 2030 Globaler Umsatz, EUR Mio. 3D-Markt der Luft- und Raumfahrt: Plus 23% p.a. bis 2030 2 Quellen: Strategy&/PwC, Deutsche Bank Research 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 7 | 2. April 2019 EU-Monitor Schwerkraft zu einem fertigen Bauteil (z.B. einem Schraubenschlüssel) zu ver- schmelzen. 15 Ein neues additives Fertigungsverfahren, das eine Nutzung der 3D-Technologie in der Schwerelosigkeit erlaubt, wäre ein erheblicher Fortschritt für künftig merklich längere Weltraummissionen. Autoindustrie: 3D fertigt erste Bauteile Die internationale Automobilwirtschaft befindet sich in einem grundlegenden Umbruch. Das 3D-Druck-Marktvolumen soll 2030 weltweit EUR 2,6 Mrd. errei- chen, also wesentlich mehr als die 0,34 Mrd. Euro 2015. 16 Insgesamt handelt es sich aber immer noch um einen Nischenmarkt. Dabei dürfte eine Schwerpunkt- verlagerung stattfinden. Werden bisher 3D-Verfahren hauptsächlich zur Ent- wicklung von Prototypen genutzt, dürfte künftig die Fertigung einzelner Bauteile in zunächst noch kleiner Auflage in den Fokus rücken. Impulse für das 3D-Wachstum bringen gleich mehrere Trends: Eine höhere Ak- zeptanz versprechen absehbar bessere 3D-Fertigungsmethoden und Druckma- terialien. Hinzu kommt die bessere Integration der neuen 3D-Möglichkeiten ins tatsächliche Absatzgeschäft der Hersteller und Lieferanten. Gegenüber den alt- bekannten Just-in-time-Geschäften hat der On-demand-3D-Druck am Ausliefe- rungsort erhebliche Vorteile. 17 So können die Autokonzerne dank 3D selbst kun- denindividuelle Ausstattungen in den Fahrzeugen fertigen und damit Kunden- wünsche in einigen Jahren rasch bedienen. Denkbar ist zudem die intensivere Einbindung ortsnaher 3D-Druck-Zulieferer. Diese müssen freilich schneller bzw. kostengünstiger sein als klassische Herstellungsverfahren und zugleich die ho- hen Qualitätsanforderungen der Automobilindustrie erfüllen. Künftig dürften Erstausstatter (OEMs) verstärkt eigene 3D-Drucker nutzen, um durch die Selbstfertigung von Komponenten Lager- und Logistikkosten zu mindern. All dies kann zur Konsequenz haben, dass die bisherige allgemeine Massenferti- gung in der Autoindustrie ergänzt wird durch auf den Einzelkunden speziali- sierte, also eine mehr kundenorientierte Serienfertigung. Der Automobilindustrie brachte bereits die 2D-Bildverarbeitung viele Vorteile wie eine bessere Kontrolle der Förderbänder oder Karosserieabstände. Die 3D- Technologien erlauben es den Herstellern, neue Modelle als Prototypen schnel- ler zu entwerfen und damit marktreif zu machen. Produktionsfehler können bes- ser kontrolliert, zurückverfolgt und vermieden werden. Die bessere Bildverarbei- tung macht auch den Robotereinsatz flexibler. 18 Per Saldo steigt die Qualität der hergestellten Fahrzeuge. Es wird zwar noch Jahre dauern, bis ganze Fahrzeuge in größeren Volumina 3D-gefertigt sind. 19 Heute können aber bereits einzelne Bauteile wie Antennen, Sensoren, Leiterplatten, Kopfstützen und Abgaskataly- satoren additiv gefertigt werden. 20 Für die Fahrzeughersteller ist die Attraktivität des 3D-Drucks besonders interessant für relativ komplexe und kleine Bauteile, bei denen die Fertigungskosten nicht die Hauptrolle spielen. Zukunftspotenzial 15 Vgl. Bundesamt für Materialforschung und -prüfung (2018). Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt. Pressemitteilung. 25. April. Das BAM entwickelt das neue Verfahren zusammen mit der TU Clausthal und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). 16 Vgl. PwC/Materialise (2018). Key findings 3D-P. Market Forecast Model. January. S. 4. 17 Vgl. PwC/Materialise (2018). Marktvolumen für gedruckte Produkte steigt bis 2030 auf 22,6 Milli- arden Euro. 1. Januar. S. 3. 18 Vgl. Cognex Vision (2018). 3D-Bildverarbeitungsanwendungen in der Automobilindustrie. S. 1. 19 Schon seit einiger Zeit kommen einzelne Autoteile statt aus der Metallpresse aus einem Metall- drucker. Derzeit wird an der Perfektionierung des Verfahrens gearbeitet. Ein neuartiger 3D-Druck mit besserer Technologie soll den herkömmlichen 3D-Druck 50-mal schneller und damit produkti- ver machen. Damit werden erstmals auch Kleinserien möglich. Zu Details und involvierten Unter- nehmen vgl. Wenn das Auto aus dem Drucker kommt (2018). Zeit online. 15. Oktober. 20 Vgl. Logistik aktuell (2018). 3D-Druck in der Autoindustrie senkt Kosten in der Lieferkette. 27. Februar. S. 2. 3D erlaubt schnellere Fertigung neuer Modelle als Prototypen 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 2015 2020 2030 Globaler Umsatz, EUR Mio. 3D-Markt der Automobilindustrie: Plus 15% p.a. bis 2030 3 Quellen: Strategy&/PwC, Deutsche Bank Research 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 8 | 2. April 2019 EU-Monitor besitzt zudem eine bedarfsabhängig rasche 3D-Nachfertigung von zu ersetzen- den originalen Bauteilen. 21 Diese 3D-Arbeiten können die Autohersteller selbst oder auch ortsnahe regionale 3D-Zulieferer übernehmen. Sonstige Industrie: 3D befördert Fortschritt Das 3D-Marktvolumen in der sonstigen Industrie könnte von 2015 EUR 0,44 Mrd. auf EUR knapp 3 Mrd. im Jahre 2030 steigen. 22 Damit erzielt der 3D-Druck auch in der restlichen Industrie (ohne Automobilbranche) ein beträchtliches Wachstum, verbleibt gemessen am industriellen Gesamtumsatz aber in der Ni- sche. Eingebunden in den Fortschritt im industriellen Fertigungsprozess sind so unterschiedliche Branchen wie Gießereien und der Maschinenbau. Dank 3D können Gießereien viel mehr leisten Additive Manufacturing und traditionelles Metallgießen in der Industrie werden oft als kompetitive Technologien angesehen. Tatsächlich dürften beide in Zu- kunft zusammenarbeiten und einen größeren gemeinsamen Nutzen stiften. Auf den ersten Blick sprechen für die weitere Nutzung traditioneller Metallgieß- verfahren mehrere Gründe: Schon heute können erstens mehrere Hundert ver- schiedene Legierungen mittels Metallgießen hergestellt und nutzbar gemacht werden. Dagegen beschränkt sich die additive Metallfertigung bis dato auf nicht einmal ein Dutzend allgemein gut verfügbare Materialien. Zweitens haben Me- tallgießverfahren den Vorteil, dass sie für die Herstellung großer Bauteile geeig- net sind. Dagegen sind mittels derzeitiger Metalldrucker allenfalls „Brotkasten- größen“ realisierbar. Drittens limitieren 3D-Verfahren wie das direkte Laser- schmelzen (Direct Metal Laser Sintering, DMLS) heute noch die relativ zum Me- tallgießen hohen Kosten und der erforderliche Zeitaufwand. 23 Tatsächlich aber kann das traditionelle Metallgießen mittels der 3D-Technolo- gien noch effizienter und damit besser werden: Der Schlüssel für die 3D-Aufwer- tung traditioneller Metallgießprozesse liegt darin begründet, dass beim Metall- gießen Form und Material – anders als beim 3D-Metalldruckverfahren – nicht zeitgleich bestimmt werden. Die beiden getrennten Schritte beim Metallgießen erlauben eine Verbesserung unter Zuhilfenahme der 3D-Technik: So sind mit- tels Computer digital optimierte Hochleistungsstrukturen planbar. Auf deren Mo- dellbasis kann dann mittels 3D-Technik die physische Transformation zu Gieß- formen erfolgen. Moderne Gießverfahren nutzen diese Formen, um einer ge- wünschten Metalllegierung die geplante Form zu geben. Der neue Ansatz hat somit wichtige Vorteile: Er verbindet zwei nur auf den ersten Blick unvereinbare Technologien. Industrielle Produzenten (z.B. der Automobil- oder Luftfahrtbran- che) können dank 3D-Technologie Metallerzeugnisse in bisher nicht erreichba- ren Geometrien und in großer Menge fertigen und nutzen. 24 21 Vgl. Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung (2017). S. 47/48. 22 Vgl. PwC/Materialise (2018). Key findings 3D-P. Market Forecast Model. January. S. 2. 23 Vgl. Andreas Bastian (2018). Additive Manufacturing. Ein Plus für das moderne Metallgießen. In: Giesserei. Heft 11. S. 76/77. 24 Vgl. Andreas Bastian (2018). S. 77. Ähnliche Überlegungen gibt es auch für die Fertigung im Werkzeug- und Formenbau. Siehe dazu Christoph Dörr (2018). 3D-Druck im Werkzeug- und For- menbau. In: Giesserei. Heft 11. S. 80/81. 3D-Technologien können selbst das traditionelle Metallgießen verbessern 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 2015 2020 2030 Globaler Umsatz, EUR Mio. 3D - Markt der sonstigen Industrie: Plus 14% p.a. bis 2030 4 Quellen: Strategy&/PwC, Deutsche Bank Research 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 9 | 2. April 2019 EU-Monitor Maschinenbau zeigt steigende Bedeutung additiver Fertigung Von den im globalen Maßstab technologisch führenden deutschen Maschinen- bauern beschäftigen sich – einer aktuellen Umfrage 25 zufolge – bereits 80% mit additiver Fertigung. Fast die Hälfte der Maschinenbauer setzt schon 3D-Bauteile ein. Steigende Bedeutung erlangen sowohl additiv gefertigte Kunststoff- als auch Metallteile: 47% der Maschinenbauer setzen nur Kunststoff-3D-Druck ein. 24% nutzen ausschließlich 3D-gefertigte Metallteile. Und der Rest nutzt beide Materialien für den 3D-Druck. Für die eine Hälfte der Maschinenbauer spielt 3D die Hauptrolle im Prototyping. Die andere Hälfte nutzt 3D bereits für die Ferti- gung von Serien-, Ersatzteilen und Werkzeugen. Derzeit werden die 3D-Bau- teile noch zu rund 50% von externen Zulieferern bezogen; aber der Rest schon firmenintern gefertigt. Durchaus wahrscheinlich ist, dass künftig die 3D-Ferti- gung zu einem Kernbaustein der Maschinenbauer reift. Auch weitere Industriebranchen werden vom Wachstumstrend begünstigt. Die Palette ist vielfältig. Sie reicht von klassischen Chemieunternehmen bis hin zu Anlagenbauern. So wird die Chemieindustrie die für den 3D-Prozess erforderli- chen Materialien (z.B. Kunststoff(teil)e) anbieten. Die Metallwirtschaft sorgt für die Metalle in erforderlicher Pulverform. Und Anlagenbauer helfen bei Effizienz- und Optimierungsfragen weiter. Bis allerdings vollautomatische 3D-Fabrikations- anlagen Realität werden, dürfte es noch Jahre dauern. Einzelhandel: Produkte 3D vor Ort drucken Der 3D-Druck bringt neue Chancen für den Einzelhandel, denn die Händler kön- nen dank der neuen Technik immer öfter einige vom Kunden gewünschte Wa- ren selbst fertigen. Erwartet wird, dass das 3D-Marktvolumen im Einzelhandel ausgehend von erst EUR 0,303 Mrd. Euro 2015 auf EUR knapp 2 Mrd. Euro im Jahr 2030 wächst. Im Kern geht es um die Verbesserung bereits existierender Warenangebote und Geschäftsmodelle. Wichtige Beiträge dazu sollen in den kommenden Jahren die erwartete Verbesserung der Druckerleistung, sinkende Kosten der 3D-Fertigung sowie Fortschritte in der 3D-Nachbearbeitung erbrin- gen. 26 Erste Markenhändler aus dem Bereich Sport nutzen bereits die neuen techni- schen 3D-Möglichkeiten. So werden Turnschuhsohlen oder ganze Markensport- schuhe gemeinsam mit dem Kunden vor Ort im Geschäft oder auch vorab über neue Medien nach den individuellen Farb- und Formwünschen individuell digital konzipiert. Und vom ausgewählten Einzelhändler werden sie sofort gedruckt, übergeben oder von dort zugestellt. Die neuartigen Möglichkeiten der Kundenbindung verändern die klassische Wertschöpfungskette zwischen Entwickler, Hersteller und Handel. Die lokale Ansiedlung der 3D-On-demand-Fertigung steigert die Kundenzufriedenheit dank der personalisierten Produkte und kurzer Lieferzeiten. Selbst klassischen Ein- zelhändlern gibt sie neuartige Möglichkeiten der positiven Differenzierung – auch gegenüber dem Online-Handel. Die Angebotspalette, die für Einzelhändler geeignet erscheint, ist sehr vielfältig. Neben maßgeschneiderten Schuhkollektio- nen zählen dazu weitere personalisierbare Sportartikel, Fahrräder, Kleidungs- stücke, Schmuck, Mode oder Accessoires. Größere Handelsunternehmen, die auch einen Heimservice anbieten, sollen be- reits darüber nachgedacht haben, im Lieferwagen direkt vor Ort das ge- wünschte Produkt zu drucken; dafür sind derzeit allerdings Zeit und Technologie 25 Zu Details vgl. VDMA (2018). Bedeutung von Additiver Fertigung im Maschinenbau. Umfrageer- gebnisse. Mai. S. 3-8. 26 Vgl. PwC/Materialise (2018). Key findings 3D-P. Market Forecast Model. January. S. 5. 3D wird ein Kernbaustein der Maschi- nenbauer … … und befruchtet auch viele andere Industriebranchen 3D bringt neue Möglichkeiten für klassische und größere Händler 0 400 800 1200 1600 2000 2015 2020 2030 Globaler Umsatz, EUR Mio. 3D-Markt des Einzelhandels: Plus 13% p.a. bis 2030 5 Quellen: Strategy&/PwC, Deutsche Bank Research 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische 10 | 2. April 2019 EU-Monitor wohl noch nicht reif genug. Bessere Chancen für kompetente Einzelhändler ver- spricht eine intensivierte Kooperation mit modernen, technikaffinen Handelskun- den, die sich selbst immer öfter 3D-Drucker leisten und damit Produkte daheim fertigen. Die Kooperationsstrategie hätte eine innovative Einkaufs-, Konsum- und Fertigungswelt zum Ergebnis, die dank gegenseitiger Befruchtung den Ge- samtnutzen aller Beteiligten steigern könnte. Fazit: Dynamischer Fortschritt zu erwarten Das Thema 3D-Druck erlebte in der Mitte der laufenden Dekade infolge phanta- sievoller Zukunftsszenarien für die neue Technologie ein hohes Interesse, das in einen Hype mündete. Mittlerweile ist die überzogene Begeisterung für die neuen technischen Möglichkeiten abgeklungen. An ihre Stelle trat eine realisti- schere Zukunftseinschätzung, die zwar Wachstum in den unterschiedlichen In- dustriezweigen verspricht, die aber Zeit und weiteren technischen Fortschritt er- fordert. Gemessen am Umsatz findet das 3D-Wachstum in den Einzelmärkten vorerst freilich noch in der Nische statt. Am meisten vom Wachstum dürften die Hersteller der 3D-Drucktechnologie selbst sowie die Hersteller der Ausgangs- materialien begünstigt werden, denn da findet das Wachstum unmittelbar statt. Ein Beleg dafür, dass die additive Fertigung gute Wachstumsperspektiven hat, ist die Tatsache, dass sie mittlerweile auch namhafte Technikkonzerne – wie General Electric, Siemens oder BASF – auf die eine oder andere Weise nutzen bzw. begleiten. Positiv zu bewerten ist die Tatsache, dass die Großchemie die additive Fertigung unterstützt, indem sie neue Materialien (spezielle Kunststoffe, Polymermaterialien) entwickelt, die für den 3D-Druck geeignet sind. Vom 3D- Fortschritt bei Kunststoffen profitieren so unterschiedliche Branchen wie die Au- toindustrie sowie die Luft- und Raumfahrt. Die 3D-Innovationen der letzten Jahre haben eine gute Basis für Wachstum in den kommenden Jahren geschaffen. Derzeit erscheint eine noch anwendungs- orientiertere Beratung erforderlich zu sein, damit 3D sich mit noch mehr Dyna- mik in der Praxis des Wirtschaftslebens durchsetzt. Und steigt die 3D-Nutzer- nachfrage, gibt dies den Herstellern von 3D-Druckern zusätzliche Impulse für Neuanfertigungen und weiteren 3D-Fortschritt. Anders als in der Einzelfertigung spielt bei Großserien die Kostenfrage eine ent- scheidende Rolle. Moderne Software kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, dass die 3D-Technik künftig noch intensiver für eine effizientere Serienfertigung genutzt wird. Auf längere Sicht geht der Trend hin zur seriellen Fertigung und Automation. Letztlich tangiert die 3D-Marktpenetration auch Risiken wie Produkthaftung oder den Schutz geistigen Eigentums. Hier ist die Politik – national und international – gefordert, damit die Rechte der Innovatoren, Produzenten und Nutzer von 3D gewahrt werden. Mehr Kooperation statt Konfrontation dürfte die beste Maxime für mehr Markterfolg der neuen 3D-Technologien in den kommenden Jahren sein. Josef Auer (+49 69 910-31878, josef.auer@db.com) 3D für immer mehr Technik- unternehmen ein Zukunftsthema Künftig fordert 3D auch die Politik noch mehr EU-Monitor Unsere Publikationen finden Sie unentgeltlich auf unserer Internetseite www.dbresearch.de Dort können Sie sich auch als regelmäßiger Empfänger unserer Publikationen per E-Mail eintragen. Für die Print-Version wenden Sie sich bitte an: Deutsche Bank Research Marketing 60262 Frankfurt am Main Fax: +49 69 910-31877 E-Mail: marketing.dbr@db.com Schneller via E-Mail: marketing.dbr@db.com * 3D-Druck: Starkes Wachstum in der Nische .................... 2. April 2019 * Digitaler Strukturwandel und der Sozialstaat im 21. Jahrhundert ................... 11. Februar 2019 * Die Folgen des Brexit für das Investmentbanking in Europa ............................... 28. November 2018 * Die multiplen Stufen der Blockchain-Revolution – oder einmal Kryptohype und zurück ..................... 22. November 2018 * Digitale Infrastruktur: Engpässe hemmen Europa ................................. 28. September 2018 * PSD 2, Open Banking und der Wert personenbezogener Daten ............................................. 19. Juni 2018 * Digitale Wirtschaft: Wie künstliche Intelligenz und Robotik unsere Arbeit und unser Leben verändern ..................... 22. Mai 2018 * Reform des Gemeinsamen Europäischen Asylsystems: Ein schwieriges Unterfangen ......................................... 12. April 2018 * Warum sollten wir Krypto-Euros nutzen? Digitales Bargeld von der Notenbank – die Sicht der Nutzer ...................... 8. März 2018 * EU-Haushalt nach dem Brexit: Streit ist vorprogrammiert ............................................... 5. März 2018 © Copyright 2019. Deutsche Bank AG, Deutsche Bank Research, 60262 Frankfurt am Main, Deutschland. Alle Rechte vorbehalten. Bei Zitaten wird um Quellenangabe „Deutsche Bank Research“ gebeten. Die vorstehenden Angaben stellen keine Anlage-, Rechts- oder Steuerberatung dar. Alle Meinungsaussagen geben die aktuelle Einschätzung des Ver- fassers wieder, die nicht notwendigerweise der Meinung der Deutsche Bank AG oder ihrer assoziierten Unternehmen entspricht. Alle Meinungen kön- nen ohne vorherige Ankündigung geändert werden. Die Meinungen können von Einschätzungen abweichen, die in anderen von der Deutsche Bank veröffentlichten Dokumenten, einschließlich Research-Veröffentlichungen, vertreten werden. Die vorstehenden Angaben werden nur zu Informations- zwecken und ohne vertragliche oder sonstige Verpflichtung zur Verfügung gestellt. Für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Angemessenheit der vorste- henden Angaben oder Einschätzungen wird keine Gewähr übernommen. 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