3D-Technologien

3D-gedruckte Elektronik für agile On-Demand-Fertigung

3D-gedruckte Elektronik für agile On-Demand-Fertigung

Effiziente Lieferketten für die Elektronik erfüllen Anforderungen wie ein iPhone, das Komponenten von Lieferanten in über 40 Ländern benötigt. Das Produktionsvolumen in der gesamten Lieferkette basiert normalerweise auf Umsatzprognosen. Wenn die Nachfrage wie erwartet bleibt, funktioniert dies gut und mit wenig Abfall reibungslos wie eine Schweizer Uhr.

Wenn sich jedoch der Geschmack oder die Anforderungen des Verbrauchers plötzlich geringfügig ändern, wenn der Verkauf eines neuen Produkts viel besser oder schlechter als erwartet ist oder wenn ein bestimmtes Teil unerwartet an einem entfernten Ort oder sehr kurzfristig benötigt wird, vorhandenes Angebot Ketten werden viel weniger effizient.

Diese Änderungen führen zu einer Anhäufung nicht verwendeter Komponenten. Neue Komponenten können nicht schnell genug geliefert werden, um den Bedarf zu decken, und verzögern möglicherweise einen gesamten Produktionslauf. Logischerweise steigen die Kosten und letztendlich wird der potenzielle Käufer enttäuscht. Die Lösung? On-Demand-Fertigung.

On-Demand-Fertigung

On-Demand-Fertigung bietet eine Lösung. Anstatt vorherzusagen, was im Voraus benötigt wird, und eine Lieferkette zu haben, um diese Vorhersagen zu erfüllen, besteht die Idee darin, als Reaktion auf die Nachfrage herzustellen. Dies ist in der Tat eine clevere Lösung.

Die On-Demand-Fertigung reduziert nicht nur den Abfall, sondern ermöglicht es Unternehmen, sich agiler an sich ändernde Anforderungen anzupassen, und ermöglicht eine umfassendere Anpassung. 3D-gedruckte Elektronik ist eine aufstrebende Technologie, die dieses neue Herstellungsparadigma ermöglicht.

3D-gedruckte Elektronik

3D-Druck - auch als additive Fertigung bekannt - ist der Prozess, bei dem ein Material Schicht für Schicht abgeschieden wird, um ein 3D-Objekt aufzubauen. Der 3D-Druck ist mittlerweile eine relativ etablierte Technologie. Das im 3D-Druck am häufigsten verwendete Material ist Thermoplast. Der 3D-Druck kann zwar auch auf Metalle und Keramiken angewendet werden.

IDTechEx Research hat einen umfassenden und aufschlussreichen detaillierten Bericht über die gesamte 3D-Elektronik veröffentlicht, einschließlich 3D-geformter Verbindungsvorrichtungen (3D-MID) und In-Mould-Elektronik (IME). Laut dem IDTechEx-Forschungsbericht 3D-Elektronik 2020-2030: Technologien, Prognosen, SpielerEiner der Hauptvorteile besteht darin, dass bestimmte Produkte mit einzigartigen Spezifikationen auf Bestellung angefertigt werden können, was eine kostengünstige Produktion von maßgeschneiderten Teilen ermöglicht und somit die On-Demand-Herstellung erleichtert.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Herstellung eher additiv als subtraktiv ist. Dies bedeutet, dass der Materialabfall weitaus geringer ist als bei anderen Fertigungstechnologien wie der Bearbeitung. Die Auswirkungen des jüngsten Covid-19 auf die gesamte Palette von 3D-Druckanwendungen in der Fertigungsindustrie wurden in dem kürzlich aktualisierten Bericht detailliert beschrieben 3D-Druck und additive Fertigung 2020-2030: Covid Edition.

3D-gedruckte Elektronik und Massenanpassung

Bereits am 1. Oktober 1908 wurde im Werk Piquette Avenue des Unternehmens in Detroit, USA, das erste Serienmodell T Ford fertiggestellt. Zwischen 1908 und 1927 baute Ford etwa 15 Millionen Modell-T-Autos in der längsten Serienproduktion eines Automodells in der Geschichte, bis der Volkswagen Käfer sie 1972 übertraf.

Das Modell T war der erste Ford, dessen Teile alle von der Firma selbst gebaut wurden. Henry Ford behauptete angeblich, dass Kunden für sein Serienmodell T "jede Farbe haben könnten, die sie mögen, solange es schwarz ist", da mit herkömmlichen Produktionsmethoden die Senkung der Stückkosten große Produktionsläufe identischer Artikel erfordert.

Dies ist jedoch bei 3D-gedruckter Elektronik nicht der Fall. oder in der Tat 3D-Druck im Allgemeinen. Da keine Formen, Masken oder speziellen Werkzeuge erforderlich sind, gibt es - abgesehen von Anpassungen an der Eingabedatei - nur einen sehr geringen Kostenunterschied zwischen der Herstellung von 1.000 verschiedenen und 1.000 identischen Produkten.

3D-gedruckte Elektronik eignet sich ideal für das Prototyping sehr kleiner Volumina oder für Anwendungen, die eine Massenanpassung erfordern. Der 3D-Druck eignet sich gut für Anwendungen, die eine Massenanpassung erfordern.

Anwendungen, bei denen die Massenanpassung ein greifbares Wertversprechen bietet, sind medizinische Geräte wie Prothesen und Hörgeräte. Beim Übergang vom 3D-gedruckten Elektronik-Prototyping zur Massenproduktion dürften solche Anwendungen einige der ersten sein, die angesprochen werden.

Verteilte Fertigung

3D-gedruckte Elektronik - und 3D-Druck im Allgemeinen - beseitigt viele Skaleneffekte. 3D-gedruckte Elektronik reduziert die Vorteile der Konsolidierung der Produktion in einer Fabrik. Dies hat einige dazu veranlasst, ein anderes Modell vorzuschlagen: die verteilte Fertigung.

Bei der verteilten Fertigung wird an mehreren kleinen Standorten hergestellt, die sich näher am endgültigen Bestimmungsort für ihre Produkte befinden können. Obwohl es sich um separate Ideen handelt, werden verteilte und On-Demand-Fertigung häufig zusammen verwendet, um einen Supply-Chain-Ansatz der lokalen Fertigung als Reaktion auf bestimmte Anforderungen zu beschreiben.

Die verteilte Fertigung bietet Vorteile wie reduzierte Verteilungszeit und -kosten, da Produkte in der Nähe ihres endgültigen Standorts hergestellt werden können. Ohne langfristige Investitionen in große Anlagen, die an bestimmte Zwecke gebunden sind, wird die Fertigungslieferkette somit agiler.

Ein weiterer Vorteil, der insbesondere angesichts der durch Covid-19 weltweit verursachten Störung von Bedeutung ist, besteht darin, dass die Verteilung der Fertigung auf mehrere Standorte - und sogar unabhängige Lieferanten - das Risiko eines Ausfalls der Produktionslinie oder einer Unterbrechung der Lieferkette der Elektronik verringert.

Verteilte Fertigung in kleinem Maßstab bedeutet auch, dass die Produktion problemlos an einem neuen Standort gestartet werden kann, um Überkapazitäten zu nutzen - selbst wenn diese Einrichtung zuvor einen anderen Artikel hergestellt hat - und möglicherweise die Kosten zu senken.

Verteilte Fertigung: Vorteile und Herausforderungen

Die verteilte Fertigung ist jedoch nicht auf alle Bereiche anwendbar. Die größte Herausforderung besteht darin, mit bestehenden Fertigungs- und Lieferketten zu konkurrieren, die sich im Laufe der Jahrzehnte entwickelt haben, um unglaublich effizient zu werden.

Laut IDTechEx Research ist dies bei großen Stückzahlen wahrscheinlich nicht möglich, bei denen die Zeit- und Kostenvorteile der Serienfertigung - insbesondere des Spritzgießens - die Vorteile der On-Demand-Fertigung überwiegen.

Eine weitere Herausforderung ist die Verteilung, da der Ferntransport derzeit weitaus billiger ist als die Zustellung auf der letzten Meile. Die Kosten für die Verteilung von Lieferungen an mehrere verteilte Standorte können die Vorteile der Herstellung in der Nähe des endgültigen Standorts ausgleichen.


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