Bachelorarbeit bestätigt Wirtschaftlichkeit von 3D-Fließbanddruckern im Vergleich zu klassischen 3D-Druckern

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 3D-Fließbanddruckern 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. Ergebnis: die variablen Kosten beim 3D-Fließbanddrucker (iFactory3D One Pro) waren jeweils niedriger als beim Vergleichsdrucker (Ultimaker S3 / S5). Alle fünf Objekte ließen sich mit dem 3D-Fließbanddrucker zu einem niedrigeren Stückpreis herstellen.

Der Grund: Durch den 45°-Druckwinkel wird beim 3D-Fließbanddruck weniger Material benötigt und es können komplexe Geometrien ohne Stützstrukturen gedruckt werden. Ein weiterer Pluspunkt des 3D-Fließbanddruckers ist die uneingeschränkte Länge des Bauraums. Wo für die Bachelorarbeit zwei kartesische Modelle für die Umsetzbarkeit der Objekte hinzugezogen werden mussten, konnte der 3D-Fließbanddrucker 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.

Beispiel Kabelkanal: 3D-Fließbanddrucker reduziert 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 von Ultimaker – die benötigten 1,50m am Stück durchgängig gedruckt werden konnten. Durch den Einsatz eines Fließbands anstelle eines starren und damit begrenzten Druckbetts ist den Dimensionen in z-Richtung keine Grenze gesetzt. Für den Bauraum des S3 wurde der Kabelkanal dagegen in insgesamt 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 3D-Fließbanddrucker.

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 3D-Fließbanddrucker, was wiederum Personalkosten spart.

3D-Fließbanddrucker: 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. Dank geringerer Betriebskosten – sowohl für Personal als auch für Strom – und dem niedrigeren Materialverbrauch, rentiert sich jedoch der Einsatz des Fließbanddruckers je nach Objekt über kurz oder lang immer.

Artur Steffen, CEO von iFactory3D, sagte: “Ein 3D-Fließbanddrucker kann durch die mit ihm verbundene Automatisierung die Herstellungskosten erheblich senken und mit der Spritzgusstechnologie konkurrieren. Für KMUs und Einzelunternehmer lohnt sich also der Einsatz der 3D-Druck-Technologie in der Serienproduktion. iFactory3D bringt die automatisierte Serienproduktion in die additive Fertigung.“