Mit additiver Fertigung zu mehr Nachhaltigkeit

Mit der Umstellung auf das 3-D-Druckverfahren konnte der strategische Geschäftsbereich ZEISS Consumer Products nicht nur Kosten reduzieren, sondern auch Energie einsparen und den CO2-Ausstoß verringern

Verantwortung hat für die ZEISS Gruppe einen hohen Stellenwert und eine lange Tradition. Dazu gehört auch ein wirksamer Umweltschutz und der verantwortungsvolle Umgang mit Ressourcen. ZEISS hat daher ambitionierte Reduktionsziele formuliert und im ganzen Unternehmen wird kontinuierlich daran gearbeitet, Verbräuche und Emissionen zu reduzieren. Von der Produktentwicklung über die Fertigung und den Vertrieb bis hin zur Anwendung beim Kunden wird auf einen effizienten Einsatz von Materialien und Energie geachtet. Da sich jede Reduktion des Energieverbrauchs in sinkenden CO2-Emissionen niederschlägt, trägt ZEISS damit auch zum Klimaschutz bei. Gleichzeitig werden auch Kosten optimiert und Prozesse verbessert – wie etwa bei einem Projekt des strategischen Geschäftsbereichs ZEISS Consumer Products, der die Fertigung von Montage- und Spezialwerkzeugen von Zerspanung auf 3-D-Druck umgestellt hat.

Wir sprachen mit Dr. Torsten Scheidt, dem Leiter des Process Engineerings des strategischen Geschäftsbereichs ZEISS Consumer Products, der die Einführung des neuen Fertigungsverfahrens initiiert und begleitet hat sowie mit Florian Schimurda, der als Produktions-Ingenieur das Thema 3-D-Druck von Beginn an betreut hat und auch seine Kenntnisse aus der Werkzeugkonstruktion mit einbringt.  

Dr. Torsten Scheidt, Leiter Operations des strategischen Geschäftsbereichs ZEISS Consumer Products

Wie kam es zur Umstellung von der klassischen Zerspanung zum 3-D-Druck?

Scheidt: Als im strategischen Geschäftsbereich ZEISS Consumer Products neue Methoden eingeführt wurden, um die Produktion in Richtung Industrie 4.0 auszurichten, beschäftigten wir uns ab 2017 auch mit dem 3-D-Druck. In der additiven Fertigung sahen wir großes Potenzial und so haben wir in einem strategischen Projekt vier Monate intensiv recherchiert, getestet und uns vernetzt – mit externen Anbietern und auch innerhalb von ZEISS in einer sogennanten Community of Practice zum Thema „Additive Manufacturing“. Dabei erkannten wir, dass sich je nach Prozess mit ein und demselben Druckermodell ganz unterschiedliche Ergebnisse erzielen lassen. Und so war nach sorgfältiger Abwägung aller Kriterien schnell klar: Wir brauchen intern für unsere Anwendungen das volle Know-how und auch die Investition in eigene 3-D-Drucker.

Wofür wird das 3-D-Druckverfahren im strategischen Geschäftsbereich ZEISS Consumer Products eingesetzt?

Scheidt: Mit den Druckern fertigen wir derzeit vorrangig Hilfsmittel für die Produktion, also Montage- und Spezialwerkzeuge, die wir selbst konstruieren und die speziell an unsere ZEISS Produkte gekoppelt sind. Wir drucken auch für andere Bereiche wie etwa für die ZEISS Sparte Semiconductor Manufacturing Technology oder für die Servicestationen der Kundencenter. Dabei setzen wir Drucker ein, die unterschiedliche Verfahren nutzen. Bei einem wird Kunststoff erhitzt und punktweise, wie mit einer Heißklebepistole aufgebracht. Bei Abkühlen härtet das Material dann aus. Bei einem anderen, genaueren Verfahren befindet sich Harz in flüssiger Form in einer Patrone. Ähnlich wie beim Tintenstrahldruck wird dieses aufgebracht und mit UV-Licht Schicht für Schicht ausgehärtet.

Leichtkonstruktion zum Einsatz in einem automatisiertem Betriebsmittel.
Speziell für ZEISS Produkte konstruierte Produktionswerkzeuge in Leichtbauweise.

Wie verlief die Umstellung und was waren die Herausforderungen?

Schimurda: Nachdem wir im Frühjahr 2018 den ersten Drucker gekauft hatten, haben wir sukzessive umgestellt. Inzwischen sind an den Standorten in Oberkochen und Wetzlar vier Geräte im Einsatz, die unterschiedliche Spezifikationen aufweisen. In einigen Teilbereichen, wie beispielsweise in der Monate von Cine-Objektiven, werden aktuell bereits 90 Prozent aller Montagewerkzeuge im 3-D-Druck-Verfahren hergestellt. Die Herausforderungen bei der Umstellung waren dabei in erster Linie technischer Natur: Einen geeigneten Drucker zu finden, der die Werkzeuge mit der nötigen Präzision und dauerhaften Zuverlässigkeit für den Einsatz im Fertigungsbetrieb sicherstellt. Ein weiterer Punkt war es, die Akzeptanz bei den Anwendern zu schaffen. Denn gedruckte Werkzeuge sehen anders aus, als die bisherigen. Mittlerweile sind sie aber voll akzeptiert.

Warum ist das neue Verfahren nachhaltiger?

Scheidt: Die neuen, gedruckten Werkzeuge aus Kunstharz ersetzen in großem Maße zerspante Werkzeuge aus Aluminium. Dabei muss man wissen, dass für die Aluminiumproduktion sehr viel Energie aufgewendet wird und dass sich der Werkstoff aufgrund der Vielzahl an Legierungen nicht ohne Weiteres recyceln lässt. Gleichzeitig ist der Energieverbrauch der 3-D-Drucker deutlich geringer als der von Zerspanungsmaschinen. Damit schlägt sich das neue Verfahren nicht nur durch das eingesetzte Material, sondern auch durch die Bearbeitung positiv in der Energiebilanz nieder. Bereits im ersten Jahr konnten so rund 12.000 kWh an elektrischem Strom und 6,6 Tonnen CO2 eingespart werden.

 

Welche weiteren Vorteile bringt das neue Verfahren?

Schimurda: Neben dem Umweltaspekt bietet der 3-D-Druck auch ganz andere Möglichkeiten in der Konstruktion. Er wird daher auch im Prototypenbau eingesetzt. Mit der Zerspanung sind bestimmte Aussparungen oder Hohlräume nicht möglich – mit dem 3-D-Druckverfahren schon. Damit ändern sich auch unsere Konstruktionsmethoden. Gleichzeitig reduziert sich die Herstellungszeit. Wo wir früher mit der Zerspanung mindestens vier bis sechs Wochen inklusive Logistik und Dokumentation benötigt haben, können wir das Werkzeug heute in nur zwei Tagen fertig drucken. Und zu guter Letzt: Mit dem neuen Verfahren sparen wir jährlich Kosten im sechsstelligen Bereich.

 

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