Die Leichtbau BW war als Partner des internationalen Projektes ABH081 „Bewertung und Erprobung neuer Formen grenzübergreifender Kooperationen mit 3D-Druck“ beteiligt, das durch das Interreg V-Programm Alpenrhein-Bodensee-Hochrhein gefördert wird. Das Projekt wurde Ende Juni 2022 erfolgreich beendet. Gerne möchten wir Ihnen in diesem Beitrag das Projekt näher vorstellen.
Motivation: Neue Geschäftsmodelle mit 3D-Druck
Der 3D-Druck gehört zu jenen Schlüsseltechnologien, die von den Trends der Digitalisierung und der Vernetzung von Fertigungsanlagen über große Distanz („Internet of Things“) stark profitieren können. Anstatt Produkte zentral an nur wenigen Standorten herzustellen und dann weltweit zum Zielort zu transportieren, ermöglicht die additive Fertigung Herstellinformationen über das Internet zu übermitteln. Diese können dann für die lokale Fertigung verwendet werden.
Folglich lassen sich Logistikaufwendungen sowie der CO2-Footprint auf ein Minimum reduzieren. Darüber hinaus gelingt es, Produkte, insbesondere Ersatzteile, nach Bedarf zu fertigen. So lassen sich auch Kapitalbindungs- und Lagerkosten einsparen. Daraus resultieren neue Geschäftsmöglichkeiten (Industrie 4.0), die grenzübergreifend stattfinden und von KMU zu KMU global abgewickelt werden können.
Projektstart und Projektbeteiligte
Das Interreg-Projekt startete im April 2019 mit dem Kick-off Meeting und der Teilnahme aller Projektpartner in Hinwil in der Schweiz. Dabei wurde die Aufteilung in drei Teilprojekte verabschiedet, deren Leitung die Duale Hochschule Baden-Württemberg Lörrach, die FH Vorarlberg sowie die ZHAW School of Management and Law Zürich übernahmen. Die Gesamtprojektleitung lag in den Händen des Hightech Zentrum Aargau AG, Brugg (CH).
Unterstützt wurden die Teilprojekte von Industrieunternehmen, Netzwerkorganisationen und kommunalen Einrichtungen.
Teilprojekt 1: Wirtschaftliche Logik der Geschäftsmodelle (ZHAW)
Dieses Projekt betrachtete zunächst den Ist-Zustand der additiven Fertigung. Dabei wurden bestehende Geschäftsmodelle im 3D-Druck untersucht – mit einem besonderen Augenmerk auf grenzüberschreitende Wertschöpfungsketten.
Dafür wurde die Value Proposition der additiven Fertigung genauer mittels Sekundärliteratur und Workshops untersucht. Dies ermöglichte es, Business-Canvas für eine globale Wertschöpfungskette vom Drucker- und Materialhersteller, über den Designer (IP-Rechteinhaber), den 3D-Drucker bis hin zum Endkunden zu entwickeln.
Darüber hinaus stand die Forschung zu digitalen Handelsplattformen im Mittelpunkt. Es zeigte sich während des Projektes, dass sich viele 3D-Druckunternehmer*innen stark auf die regionale Nachfrage konzentrieren und die Kundenakquisekosten sehr hoch sind. Eine digitale Handelsplattform kann hier eine gute Lösung sein, da sie Zugang zu globalen Märkten bietet und gleichzeitig die Akquisekosten senkt. Eine Handelsplattform kann also Standards setzen und somit den Zugang zur additiven Fertigung vereinfachen.
In Teilprojekt 1 zeigte sich weiterhin, dass die rechtlichen Rahmenbedingungen gegenwärtig noch nicht ideal für grenzüberschreitende Fertigung sind. Weitere Diskussionen sind hier notwendig.
Teilprojekt 2: Transfer lizenzierte Datenpakete (DHBW)
Die Arbeiten an Teilprojekt 2 zeigten, dass Distributed Ledger Techniken (DLT) grundsätzlich geeignet sind, eine sichere Kommunikation zwischen dem Hersteller als Eigentümer der Druckdaten und dem Druckdienstleister über das Internet aufzubauen.
Um ein Datenleck beim Druckdienstleister zu verhindern, hat sich die Einbindung des 3D-Druckers selbst in die DLT-Umgebung als notwendig herausgestellt. Hingegen muss die Druckdatei, welche typischerweise im Vergleich zur Steuerdatei sehr groß sein kann, nicht zwingend über DLT abgesichert sein. Es gilt lediglich, den Pointer auf eine Datei in einem verteilten Filesystem über DLT zu speichern. Für das Handling der Lizenzen haben sich Smart Contracts als geeigneter Weg erwiesen, die in Verbindung mit der DLT zum Einsatz kommen können.
Hinsichtlich der Auswahl einer geeigneten DLT im Hinblick auf wirtschaftliche und nachhaltige/ökologische Konsequenzen zeigen sich jedoch dramatische Unterschiede in den verwendbaren Techniken. Die Bitcoin Blockchain als bekanntester Vertreter der DLT verschlingt beispielsweise für eine einzige Transaktion zwischen 850 und 1700 kWh elektrische Energie, während die Dogecoin Blockchain oder die Dagcoin oder IOTA DAG im Bereich von 0,1 kWh pro Transaktion liegen. Die beiden letztgenannten DLT haben zwar eine geringere Sicherheitsstufe als die Bitcoin Blockchain, sind aber für den beabsichtigten Einsatz vollkommen ausreichend.
Die Ambitorio AG aus Baar (CH) strebte außerdem zum Projektabschluss eine Lösung an, um das Thema der verschlüsselten Datenübertragung pragmatisch veranschaulichen zu können. Am Firmensandort Baar wurde eine Druckdatei eingespeist, wofür im Projektmeeting in Dornbirn mittels eines Mobiltelefons die Autorisierung erteilt wurde. Es erfolgte ein automatisierter Start des Druckauftrags an der FHV in Dornbirn. Dies wurde begleitet durch eine Live-Videoschaltung mit dem 3D-Drucklabor der FHV. Hiermit konnte eines der Hauptprojektziele, nämlich die Erprobung des verschlüsselten Datentransfers zwischen Lizenzgeber und Lizenznehmer, direkt zum 3D-Drucker, erfüllt werden.
Teilprojekt 3: Druckprozessüberwachung & Qualitätssicherung (FHV)
Das „Fused Layer Modeling“ (FDM) lag den Entwicklungsarbeiten dieses Teilprojektes zugrunde. Die Bedarfsanalyse ergab, dass, um alle in relevanten Fehler unterscheiden zu können, die optische 3D-Analyse auszuwählen ist. Bei der optischen 3D-Analyse misst ein 3D-Linienscanner die Höhenunterschiede in jeder gedruckten Schicht mit einem Laserstrahl und gleicht die Messdaten mit dem 3D-Druckmodell ab.
Um den regulären Benutzer*innen von 3D-Druckern die Ergebnisse des optischen Systems zur 3D-Drucküberwachung zugänglich zu machen, hat das Projektteam eine Anwendung für 3D-Datenbrillen entwickelt. Sie projiziert in Echtzeit die vom optischen System zur 3D-Drucküberwachung generierte Punktewolke auf das in Druck befindliche Bauteil. Wenn die Punktwolke und das Bauteil dieselbe Größe haben, dann kann man größere Abweichungen auch mit dem freien Auge erkennen. Bei kleinen Abweichungen oder kleinen Bauteilen haben die Benutzer*innen die Möglichkeit, die Punktewolke mittels MR-Konsole zu vergrößern.
KI-Optimierungsverfahren ermöglichen außerdem in mehrfachen Durchläufen diejenigen Parameter der Modellvorlage (G-Code) zu suchen, die zu den besten Prüfergebnissen führen. Damit die Daten für die Modellvorlage des 3D-Drucks nicht offen vorliegen und damit eine beliebige Reproduktion des Bauteils möglich wird, wurde eine Blockchain-basierte Speicherung und Verwaltung von Druckdaten sowie von Lizenzen für diese Druckdaten realisiert.
Randergebnis und trotzdem Highlight: Die ELA-Gründung im Jahr 2020
Ein weiteres Highlight war die formelle Gründung am 16. Juli 2020 der ELA, die „European Lightweight Association“. So bekräftigten die ABH081-Projektpartner Bayern innovativ, Business Upper Austria, Hightech Zentrum Aargau und Leichtbau BW ihre beabsichtigte Zusammenarbeit über den Projektzeitraum hinaus. Für die ELA-Gründungsmitglieder ist der 3D-Druck einer der zentralen Bausteine im Rahmen einer europäischen, ressourceneffizienten Leichtbaustrategie.
Bei Fragen zum Projekt melden Sie sich gerne bei Michael Zeller.
