KI, Smart Factories und 4D-Druck – Fertigungs Trends 2024

Was sind die zentralen und bestimmenden Fertigungstrends, die die Fertigungsindustrie im kommenden Jahr erwarten werden? Protolabs, ein Fertigungsspezialist, gibt einen Ausblick.

Protolabs, ein Fertigungsspezialist, gibt zum Jahresabschluss einen Ausblick auf die zentralen und bestimmenden Fertigungstrends, die die Fertigungsindustrie im kommenden Jahr erwarten werden. Geopolitische Spannungen, anhaltende Unterbrechungen der Lieferketten, steigende Kosten, neue Anforderungen an die Arbeitskräfte und Nachhaltigkeitsziele haben im vergangenen Jahr ein Gefühl der Dringlichkeit und Notwendigkeit von Innovationen in der Fertigung geschaffen und werden dementsprechend auch 2024 zentral für künftige Entwicklungen sein. Zugleich nehmen aber auch neue Technologien und Fertigungsmethoden einen entscheidenden Einfluss auf die Trends von 2024 – wie auch anhand der Trendprognose von Protolabs erkannt werden kann.

Mit KI & Smart Factories neue Ziele verwirklichen

Laut Protolabs wird 2024 der Übergang zu intelligenten Fabriken mit einer stärkeren Integration von KI, 5G, Internet der Dinge (IoT), Datenanalyse und Cloud Computing erfolgen. Dies wird unter anderem zahlreiche 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 innerhalb der Industrie darstellte, 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, Vice President and Managing Director von Protolabs Europe. „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.“

Dezentralisierte Betriebe zur Überwindung von Lieferkettenschwierigkeiten

Eine weitere Prognose, die Protolabs und Björn Klaas für das kommende Jahr ausmachen, 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 ermöglichen mit lokalen Einrichtungen oder Lieferanten zusammenzuarbeiten, erscheint diese Prognose zunächst kontrainduktiv“, erklärt Björn Klaas. „Dennoch ermöglicht eine engere Kooperation mit lokalen Partnern Unternehmen es, flexibler zu sein und schneller auf sich ändernde Kundenbedürfnisse und Markttrends zu reagieren. Hersteller werden daher 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.

Seite an Seite mit Cobots – die Zukunft der Arbeitskraft?

Zweifellos verändern KI und andere Technologien wie Cobots die Art und Weise, wie Arbeit verstanden und gelebt wird – die Studie von Protolabs zeigt allerdings auch auf, 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 immer stärker verschärfende Fachkräftemangel zeigt klar auf, dass Mitarbeitende nach wie vor höchste Relevanz für Unternehmen haben“, führt Björn Klaas aus. „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 innerhalb der Arbeitswelt Ansätze, um hier die Produktion der Zukunft zu gestalten.“

Neue Materialien – 3D bis 4D

Soft-Robotik und neue Materialien werden in den nächsten fünf Jahren den größten Einfluss auf die Entwicklung der Fertigung haben, wie der Statusbericht 2023 zur Roboterfertigung von Protolabs, zeigt. Für die Soft-Robotik, z. B. Greifer, die es Robotern ermöglichen, mehr logistische Aufgaben zu übernehmen, wird zwischen 2022 und 2027 eine jährliche Wachstumsrate von 35,1 Prozent erwartet, wobei vorrangig Biomedizin, Lebensmittel und Landwirtschaft davon profitieren werden. Zu Bedenken gilt dabei, dass der Einsatz neuer Materialien und Technologien zusätzliche Iterationen zur Prüfung und Verfeinerung erfordern wird, so dass 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 Eigenschaften verändern. „Bereits heute zeigen zahlreiche Beispiele aus der Forschung – aber auch tatsächlich Anwendungsgebiete – wie revolutionär diese Technologie ist“, erklärt Klaas „Dass entsprechende Anwendungen in 2024 an Bedeutung gewinnen werden, ist dementsprechend 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 können, 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 in einem Sanitärsystem, die sich als Reaktion auf Temperaturschwankungen ausdehnen oder zusammenziehen

Nachhaltigkeit als Motor der Innovation

„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 Björn Klaas. „Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und der Energiesektor haben gesetzliche Ziele zu erreichen, wie z. B. den Netto-Nullverbrauch bis 2050, so dass sich ein Großteil ihrer Produktentwicklung auf die Reduzierung von Kohlendioxid und die Integration hocheffizienter Technologien konzentriert.“ Protolabs eigene Studie mit 450 Führungskräften aus dem verarbeitenden Gewerbe 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, da sie eine lokalisierte Produktion ermöglicht und zu weniger Abfall führt.

„Dementsprechend – und das kann kaum genug unterstrichen werden – ist Nachhaltigkeit für die Industrie 2024 und auch in den folgenden Jahren eines der wichtigsten Themen. Für Protolabs ist klar, dass wir für unsere Partner und Kunden hier auch im kommenden Jahr als exzellenter und nachhaltiger Fertigungsdienstleiser zur Verfügung stehen werden“, führt Björn Klaas abschließend aus.

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