Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Steigerung der Flexibilität und Wirtschaftlichkeit der Verpackungslogistik durch den Einsatz additiver Fertigungsverfahren

Im Rahmen dieses Projektes soll eine Entscheidungshilfe für KMU erarbeitet werden, welche diese bei der Auswahl des am besten geeigneten Fertigungsverfahrens für Verpackungen aus Kunststoff unterstützt, bspw. Werkstück- bzw. Ladungsträger, die als Einzelteil oder Kleinserie angefertigt werden.

Nach einer ersten Analyse der potenziellen Einsatzmöglichkeiten von 3D-Druckern bei der Verpackungsherstellung werden die relevanten Verpackungsarten definiert und passende 3D-Druckverfahren analysiert und für die weiteren Versuche ausgewählt. Anschließend werden die geeigneten 3D-Druckverfahren systematisch auf ihre technische und wirtschaftliche Tauglichkeit untersucht, bestehende Fertigungsverfahren wie bspw. das Thermoformen bzw. den Spritzguss zu ersetzen. Anschließend werden die Laborergebnisse im Rahmen von Praxisversuchen bei PA-Mitgliedern validiert.

Als Ergebnis dieses Projektes entsteht ein (digitaler) Leitfaden als Entscheidungsunterstützung, anhand dessen KMU konkret auswählen können, bei welcher Verpackungsart- bzw. -gruppe die Herstellung mit einem 3D-Druckverfahren technisch und wirtschaftlich lohnend ist. Dabei sollen KMU die Möglichkeit haben, anhand der Verpackungsart, der Anzahl der Exemplare sowie der Anforderungen, welche an die Verpackung gestellt werden, das technisch geeignete sowie kostenoptimale additive Fertigungsverfahren auszuwählen.

Der Einsatz von 3D-Druckverfahren bietet KMU die Möglichkeit, flexibel auf sich ändernde Anforderungen an Verpackungslösungen zu reagieren, insbesondere vor dem Hintergrund des Industrie 4.0 Themas der „Mass Customization“. Bei der Anwendung der Entscheidungshilfe können durch den 3D-Druck Fertigungs- bzw. Produktionszeiten gegenüber den klassischen Fertigungsverfahren minimiert sowie die Herstellkosten reduziert werden. Weiterhin wird durch den zusätzlichen Einsatz des 3D-Drucks die Fertigung insgesamt flexibler, wodurch wiederum die Kundenzufriedenheit erhöht und somit die Wirtschaftskraft von KMU gestärkt wird.

Ergebniszusammenfassung:

Die erarbeiteten Ergebnisse zeigen, dass die wirtschaftliche Fertigung von Werkstückträgern in geringen Stückzahlen mittels additiver Fertigung – im speziellen mit dem FDM-Verfahren – bereits jetzt möglich ist.

Die durchgeführten mechanischen Belastungstests und anschließend durchgeführten Optimierungen zeigen, dass mittels additiver Fertigung hergestellte Werkstückträger durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung ähnliche Leistungsparameter wie klassisch gefertigte Werkstückträger erzielen können. Die gesammelten Erkenntnisse zu Konstruktionslösungen können von KMU direkt übernommen und zur Optimierung eigener Produkte eingesetzt werden.

Die erarbeitete Entscheidungshilfe kann von KMU direkt nach Veröffentlichung eingesetzt werden, um das Potenzial der additiven Fertigung für das eigene Produktportfolio abzuschätzen.

Für Hersteller von Verpackungen bedeutet dies, dass sie ohne zusätzliche eigene Recherchen ermitteln können, ob sie in Kleinserie benötigte Verpackungen gemäß den Anforderungen ihrer Kunden kostengünstiger anbieten können, wenn sie die additive Fertigung dafür einsetzen.

Für Anwender von Verpackungen bietet sich die Möglichkeit zu überprüfen, ob die Anschaffung eines eigenen 3D-Druckers zur Eigenherstellung benötigter Verpackungen oder Verpackungshilfsmittel eine wirtschaftliche Alternative ist. Hierdurch bietet sich für diese Unternehmen eine erhöhte Flexibilität beim Einsatz und auch der Gestaltung benötigter Werkstückträger. So kann ein im eigenen Unternehmen hergestellter Werkstückträger unverzüglich nach der Fertigstellung eingesetzt werden, so dass bisher typische Wartezeiten – beispielsweise weil ein externer Hersteller die Werkstückträger erst dann versendet, wenn das gesamte Los fertiggestellt wurde – entfallen. Gleichzeitig können die Werkstückträger kontinuierlich an sich ändernde Anforderungen angepasst werden.