Innovationen in der Fertigung: Das sind die wichtigsten Trends für 2024

Geopolitische Spannungen, anhaltende Unterbrechungen der Lieferketten, steigende Kosten, neue Anforderungen an die Arbeitskräfte und Nachhaltigkeitsziele haben im vergangenen Jahr ein Gefühl der Dringlichkeit von Innovationen in der Fertigung geschaffen. Björn Klaas, Vice President and Managing Director von Protolabs Europe, eines weltweit agierenden Fertigungsspezialisten, gibt seine zentralen Einschätzungen zu den Trendthemen der Branche für 2024 ab. Die zugrunde liegende Studie wurde mit den Aussagen von 450 Führungskräften aus dem verarbeitenden Gewerbe erstellt. Sie zeigt, dass Nachhaltigkeit ein wichtiger Motor für Innovationen und ein Hauptgrund für Hersteller ist, neue Produkte zu entwickeln. Die digitale Fertigung spielt dabei eine wichtige Rolle – gezeigt wird, warum.

Mit KI werden neue Ziele umgesetzt

Prognostiziert wird der Übergang zu intelligenten Fabriken mit einer stärkeren Integration von Künstlicher IntelIigenz (KI), 5G, Internet der Dinge (IoT), Datenanalyse und Cloud Computing. Dies wird Vorteile wie Kosteneinsparungen, aber auch die Steigerung der Produktqualität, Sicherheit und Nachhaltigkeit mit sich bringen. Während 2023 ein Rekordjahr für die Implementierung von 3D-Druckern und additiver Fertigung in der Industrie bedeutete, werden im kommenden Jahr die Effizienz, Geschwindigkeit und die vermehrt zu beobachtenden konkreten Anwendungsfälle von KI einen zusätzlichen Schub für die additive Fertigung auslösen. „Traditionell wurde die additive Fertigung besonders zur Herstellung von Prototypen benutzt“, erklärt Björn Klaas. „Was wir derzeit beobachten können, ist allerdings, dass immer mehr Unternehmen auch reguläre Bauteile, die schlussendlich im fertigen Produkt verbaut werden, fertigen lassen. Eine besondere Rolle spielen dabei der Metall-3D-Druck und immer modernere Druckverfahren – aber eben auch die Anwendung von KI, die diese Entwicklung weiter vorantreiben wird.“

Protolabs unterstützt diesen Trend. Das Unternehmen gilt als weltweit tätiger, schneller digitaler Fertigungsdienstleister. Eigene Fabriken produzieren rasch benötigte Bauteile in Kleinserien in nur wenigen Tagen. Das von „Hubs“ betriebene Liefernetzwerk schaltet zusätzlich fortschrittliche Funktionen und Mengenpreise für höhere Stückzahlen frei. Das Unternehmen stützt sich dabei auf drei primäre Dienstleistungen in der Teilefertigung: den Spritzguss, die CNC-Bearbeitung und die Additive Fertigung.

Dezentralisierte Betriebe, um Produkte „vor Ort“ herzustellen

Eine weitere Prognose für das kommende Jahr ist die stärkere Fokussierung der Industrie auf dezentralisierte Betriebe. Nicht zuletzt dadurch, dass die Herstellung von Produkten so nah wie möglich an ihrem Verwendungsort zahlreiche Vorteile bietet, können hierbei lange Transportwege für Teile und Produkte vermieden werden. Unternehmen werden so dabei unterstützt, Unsicherheiten in Bezug auf die Lieferkette zu überwinden.

„Dadurch, dass die unterschiedliche Verfügbarkeit von Ressourcen, Spezialisierungen auf einzelne Fertigungsprozesse und bestehende gewachsene Lieferketten es nicht immer zulassen, mit lokalen Einrichtungen oder Lieferanten zusammenzuarbeiten, erscheint diese Prognose zunächst kontra-induktiv. Dennoch machen Kooperationen mit lokalen Partnern Unternehmen flexibler und schneller. Hersteller werden 2024 zunehmend einen hybriden Ansatz verfolgen, bei dem sie je nach Bedarf sowohl eine zentrale Fabrik als auch ein Netz lokaler Einrichtungen nutzen können.“

Untermauert wird dieser Trend durch den 2023 erschienenen „The Balancing Act Report“ von Protolabs, in dem rund 55 Prozent der Hersteller angaben, auch Alternativen wie „Friendly Shoring“ in Betracht zu ziehen. Darunter versteht man das Verlagern von Lieferketten und Produktion in Länder, welche ähnliche Werte und eine ähnliche Kultur wie das eigene Heimatland aufweisen.

Arbeiten Menschen demnächst Seite an Seite mit Robotern?

Zweifellos verändern KI und andere Technologien wie Cobots die Art und Weise, wie Arbeit verstanden und gelebt wird. Laut Definition ist ein Cobot ein kollaborativer oder kollaborierender Roboter, der mit Menschen im direkten Kontakt zusammenarbeitet. Die Studie von Protolabs zeigt zu diesem Thema allerdings auch, dass die Befragten die menschliche Kreativität als entscheidendes Element für Innovationskraft ausmachen. Mehr als die Hälfte der Befragten (56 Prozent) glaubt, dass Cobots die Produktivität der Mitarbeiter steigern werden, und 57 Prozent sagen, dass sie eine bessere Ideenfindung unterstützen werden. Während Cobots repetitive und schwere Aufgaben übernehmen, können sich Mitarbeiter dementsprechend auf kreativere Aspekte ihrer Arbeit konzentrieren.

„Der sich verschärfende Fachkräftemangel zeigt, dass Mitarbeitende nach wie vor höchste Relevanz für Unternehmen haben. Unternehmen müssen sich anpassen, um Talente anzuziehen und zu halten. Neben einer verstärkten Konzentration auf eine stärkere Unterstützung durch Cobots und Robotik in den Fabrikhallen sind auch andere moderne Revolutionen in der Arbeitswelt Ansätze, um hier die Produktion der Zukunft zu gestalten.“

Neue Chancen für innovative Materialien bis hin zu „4D“

Soft-Robotik und neue Materialien werden in den nächsten fünf Jahren den größten Einfluss auf die Entwicklung der Fertigung haben – dies zeigt der Statusbericht 2023 zur Roboterfertigung von Protolabs. Für die „Soft-Robotik“ – wie Greifer, die es Robotern erlauben, mehr logistische Aufgaben zu übernehmen – wird zwischen 2022 und 2027 eine jährliche Wachstumsrate von 35,1 Prozent erwartet. Zu Bedenken gilt dabei, dass der Einsatz neuer Materialien und Technologien zusätzliche Iterationen zur Prüfung und Verfeinerung erfordern wird, sodass die „Digitale Fertigung“ ein Schlüsselelement zur Beschleunigung dieses Entwicklungszyklus ist.

Neue Materialien werden auch in formverändernden Systemen (auch bekannt als 4D-Druck) eingesetzt werden. Durch die Verwendung reaktionsfähiger Materialien, die auf äußere Einflüsse wie Wärme, Licht, Feuchtigkeit, elektrischen Strom oder Druck reagieren, können 4D-gedruckte Objekte ihre Form oder ihre Eigenschaften verändern. „Bereits heute zeigen zahlreiche Beispiele aus der Forschung – aber auch tatsächlich Anwendungsgebiete – wie revolutionär diese Technologie ist“, erklärt Klaas. „Dass entsprechende Anwendungen 2024 an Bedeutung gewinnen, ist ein Trend, mit dem zu rechnen ist.“ Beispiele für die Entwicklung dieser Systeme sind:

• Luft- und Raumfahrt: 4D-gedruckte Drohnenflügel, die sich als Reaktion auf Stimuli um bis zu 20 Grad biegen, was die Effizienz erheblich verbessert.
• Medizintechnik: Implantate, die sich mit der Zeit an den Körper eines Patienten anpassen.
• Intelligente Textilien, die ihre Atmungsaktivität an die Luftfeuchtigkeit anpassen.
• Komponenten, die sich als Reaktion auf Temperaturschwankungen ausdehnen oder zusammenziehen.

Nachhaltigkeit gilt allgemein als Motor der Innovationen

„Nachhaltigkeit hat in der Fertigung nach wie vor oberste Priorität, sowohl bei den Verfahren der Unternehmen als auch bei den von ihnen hergestellten Produkten“, erklärt Klaas. „Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und der Energiesektor haben gesetzliche Ziele zu erreichen, wie den Netto-Nullverbrauch bis 2050, sodass sich ein Großteil ihrer Produktentwicklung auf die Reduzierung von Kohlendioxid und die Integration hocheffizienter Technologien konzentriert.“ Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Nachhaltigkeit in Industrieunternehmen eine große Rolle spielt und sie antreibt, entsprechende neue Produkte zu entwickeln. Die digitale Fertigung spielt dabei eine wichtige Rolle, da sie eine lokalisierte Produktion ermöglicht, Ressourcen schont und zu weniger Abfall führt. „Dementsprechend ist Nachhaltigkeit für die Industrie 2024 und auch in den folgenden Jahren eines der wichtigsten Themen. Für unsere Partner und Kunden werden wir als erfahrener und nachhaltiger Fertigungsdienstleiser zur Verfügung stehen“, führt Klaas abschließend aus.

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