Additive Fertigung und Entwicklung bei produzierenden Unternehmen in Österreich. Chancen und Risiken

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung und Motivation

2. Theorie
2.1. Einordnung und Begriffsdefinition
2.1.1. Additive und konventionelle Fertigungsverfahren
2.1.2. Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing
2.1.3 Funktionsprinzip
2.2. Verfahrensfamilien der Additiven Fertigung
2.2.1. Polymerisation
2.2.2. Pulver-Binder
2.2.3. Sintern und Schmelzen
2.2.4. Extrusion
2.2.5. Schicht-Laminat

3. Ausgangslage
3.1. Einsatz des 3D-Druckers im produzierenden Gewerbe
3.2. Verbreitung der AF in Österreich
3.3. Aktueller Forschungsstand der Chancen und Risiken
3.3.1. Chancen
3.3.1.1. Individualisierung
3.3.1.2. Designfreiheit
3.3.1.3. Lieferkette
3.3.1.4. Geschwindigkeit (Time-to-Market)
3.3.1.5. Rüstkosten
3.3.1.6. Neue Geschäftsmodelle
3.3.2. Risiken
3.3.2.1. Oberflächengüte
3.3.2.2. Geschwindigkeit
3.3.2.3. Produktpiraterie und Urheberrecht
3.3.2.4. Know-how & Standardisierung
3.3.2.5. Ressourcenverbrauch und Nachhaltigkeit
3.3.3. Tabellarische Übersicht der wichtigsten Chancen und Risiken

4. Forschungsmethode
4.1. Vorbereitung
4.2. Erhebung und Aufbereitung
4.3. Analyse
4.4. Vorstellung der Interviewpartner/innen

5. Forschungsergebnisse
5.1. Chancen der AF für österreichische Unternehmen
5.1.1. Designflexibilität und Werkzeuglose Fertigung
5.1.2. Variantenvielfalt und Personalisierung
5.1.3. Time-to-Market
5.1.4. Chancen in neuen Geschäftsmodellen
5.1.5. Nachhaltigkeit und Ressourcenverbrauch
5.2. Risiken der AF für österreichische Unternehmen
5.2.1. Oberflächengüte und Nachbearbeitung
5.2.2. Materialauswahl
5.2.3. Zertifizierungen
5.2.4. Prozessstabilität und Erfahrungswerte
5.2.5. Rechtliche Risiken
5.2.6 Falsche Implementierung der neuen Technologie
5.2.7. Mitarbeiter Know-how
5.2.8 Wirtschaftlichkeit der Technologie
5.3. Kernaussagen

6. Diskussion
6.1. Stärken dieser Studie
6.2. Limitationen dieser Arbeit
6.3. Forschungsausblick

Literaturverzeichnis

Anhang

Kurzfassung

Eine der größten technologischen Errungenschaften des digitalen Zeitalters repräsentiert die Additive Fertigung (besser bekannt als 3D-Druck). Diese Technologie des Schichtbauverfahrens eröffnet eine schier unerschöpfliche Bandbreite an neuen Produktionsperspektiven. Die Einführung neuartiger Produkte und die Etablierung neuer Geschäftsmodelle verkörpern dabei nur einen Bruchteil der neu eröffneten Möglichkeiten in der Produktgestaltung und Endfertigung. Gleichzeitig unterliegen generative Fertigungsverfahren traditionellen Unternehmens- und Wettbewerbsgesetzen, wodurch auch die Additive Fertigung branchenabhängig spezifischen ökonomischen Maximen – beispielsweise der Gewinnoptimierung, der Erhöhung des Produktnutzens, der Funktionsverbesserung, der Steigerung der Variantenvielfalt oder dem Innovationsgrundsatz – gerecht werden muss. Überdies kann die AF als Instrument für die Erschließung neuer Marktpotenziale und die Stärkung bestehender Markpositionen eingesetzt werden. Trotz – oder gerade aufgrund – der vielversprechenden Chancen bedarf es für eine erfolgreiche Implementierung der Additiven Fertigung stets einer umfassenden Einschätzung der damit verbundenen Risikofaktoren.

Die nachfolgende Forschungsarbeit beleuchtet genau diese Chancen und Risiken der Additiven Fertigung in der Entwicklung und Fertigung bei produzierenden Unternehmen in Österreich. Anhand der Analyse vorangegangener Studien und einer eigens kreierten qualitativen Untersuchung gestützt durch Expertinnen- und Experteninterviews erfolgt eine Kontextualisierung im österreichischen Rahmen, wodurch ein präziser Bezug zwischen Theorie und Praxis entsteht. Diese Konstellation bietet einerseits Unternehmen, die sich in der Planungsphase einer potenziellen AF-Implementierung befinden, Hilfestellung. Andererseits erweitert sie den Forschungsbestand in der Additiven Fertigung und liefert gleichzeitig Anregungen für zukünftige Forschungsfelder.

Abstract

One of the greatest technological achievements of the modern digital era is represented by Additive Manufacturing (commonly known as 3D printing). This ground-breaking technology of layer building processes introduces a virtually endless number of new production possibilities. The commercial launch of novel products and the establishment of unprecedented business models only embody a fractional part in terms of product design and finishing. At the same time, Generative Manufacturing Processes underlie principal business and market criteria. Thus, Additive Manufacturing acts on specific economic maxims (e.g. profit optimisation, product and functionality improvement, product diversification, and product innovation) that are subject to the prevailing branch of industry. Furthermore, Additive Manufacturing can be viewed as a tool to detect new market potential and to strengthen market position. As a result, these promising opportunities require thorough assessment of the risks entailed in successfully implementing Additive Manufacturing.

The following study sheds light on the opportunities and risks of Additive Manufacturing with regard to product development and production processes in Austria’s manufacturing companies. Additionally, this work will link and contextualise international theory and Austrian practice based on the analysis of previous studies and a qualitative examination including an expert survey. Lastly, this thesis aims to provide practical assistance to companies considering an implementation of Additive Manufacturing. Besides, this study contributes to the current state of research in Additive Manufacturing and serves as a baseline for further studies in this field.

Danksagung

An dieser Stelle möchte ich die Gelegenheit nutzen, mich bei all jenen zu bedanken, die mich bei der Erstellung dieser Arbeit unterstützt haben. Ein spezieller Dank geht dabei an meinen Betreuer Dr. Christian Ploder, der mir von Anfang an – von der Themenauswahl bis hin zur fertigen Arbeit – mit Rat und Tat zur Seite gestanden ist und mich mit Begeisterung und guten Ideen unterstützt hat. Außerdem hat er mich motiviert, diese Arbeit in diesem Umfang durchzuführen. Ebenso möchte ich mich bei Frau Dr. Spiess für ihren methodischen Beistand bedanken.

Bedanken möchte ich mich von Herzen bei allen Unternehmen und deren Expertinnen und Experten, die mir ihre wertvolle Zeit sowie geschätzte Expertise im Zuge der Interviews zur Verfügung gestellt haben. Durch ihren großen Einsatz wurde diese Studie erst möglich.

Besonderer Dank geht daher an Herrn Univ.-Prof. Dr. Franz Haas (TU Graz), Norbert Wolfgang Wild, BSc MSc (FH OÖ Forschungs & Entwicklungs GmbH), Dipl.-Ing. Arko Steinwender (Fraunhofer Austria Research GmbH), Ing. Michael Steinlechner (D. Swarovski KG), Mag. Sonja Zahradnik-Leonhartsberger (Wien Energie GmbH), Ing. Peter Giselbrecht, Dipl.-Ing. Markus Schrittwieser (1zu1 Prototypen GmbH & Co. KG), Dr. Wolfgang Hansal (Hirtenberger AG), Mag. Erwin Haslinger (Trumpf GmbH & Co. KG) und Ing. Bern Christian Tröster von der BIBUS Austria Ges.m.b.H.

Ein weiterer Dank gebührt allen Expertinnen, Experten und Unternehmen, die nicht namentlich genannt werden wollen und mich dennoch bei der Umsetzung dieser Forschungsarbeit unterstützt haben.

Weiters möchte ich mich bei Philipp Kopf und Alina Steger für das Korrekturlesen bedanken. Danksagung möchte ich auch meiner Familie und meinen Freunden für die Unterstützung und die Motivation während dieser arbeitsintensiven Zeit aussprechen.

Abbildungsverzeichnis:

Abbildung 1: Total Additive Manufacturing Market Size Nolan, 2019

Abbildung 2: Funktionsprinzip additiver Fertigungsverfahren Gebhardt et al., 2014, 5

Tabellenverzeichnis:

Tabelle 1: Einordnung und Abgrenzung der Kernbegriffe angelehnt an Wirth, 2017, 13

Tabelle 2: Verwendung von AF-Technologien in österreichischen Unternehmen angelehnt an Statistik Austria, 2018.

Tabelle 3: Tabellarische Übersicht der Chancen und Risiken der AF-Technologie

Tabelle 4: Thematische Codierungen der Interviewanalyse

Tabelle 5: Tabellarische Übersicht der Interviewpartner/innen

Tabelle 6: Chancen der Additiven Fertigung anhand der Interviewpartner/innen

Tabelle 7: Risiken der Additiven Fertigung anhand der Interviewpartner/innen

Abkürzungsverzeichnis :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung und Motivation

Neue technologische Errungenschaften, wie die Erfindung der Dampfmaschine oder des Fließbandes, haben in der Vergangenheit in der Weltwirtschaft immer wieder zu entscheidenden Veränderungen geführt (Thomas, 2018, S. 51). Heute erleben wir mit der Digitalisierung der industriellen Produktion erneut einen solchen Umbruch. Expertinnen und Experten sprechen von einer sogenannten vierten Industriellen Revolution (Industrie 4.0). Diese Revolution wird begründet durch neue technologische Entwicklungen wie Big Data und Analytics, Cyber-Physical Systems, Cloud Computing, Internet of Things, Artificial Intelligence und Additive Manufacturing (Strange & Zucchella, 2017, S. 174– 175). Eine dieser aktuellen Innovationen, die Schlüsseltechnologie Additive Fertigung oder im Englischen Additive Manufacturing, steht im Fokus der nachfolgenden Arbeit. Sie ist eine jener tiefgreifenden Errungenschaften, deren Auftreten am globalen Produktionsmarkt einschneidende Chancen und Risiken mit sich bringt. Die Einflüsse auf wirtschaftliche und politische – nicht zuletzt auch soziale und gesellschaftliche – Dynamiken werden als massiv erlebt und erwartet. Diese dienten nicht zuletzt als Inspiration und Motivation dafür, diese Thematik näher zu betrachten und sich ihrer in einer Bachelorarbeit anzunehmen. Ein besonderes Augenmerk richtet sich dabei auf die Interaktion zwischen Forschung und Praxis.

Eingangs muss hier festgehalten werden, dass die 3D-Drucker in der produzierenden Industrie zu einem Paradigmenwechsel geführt haben, da sie das Potenzial aufweisen, den Produktionsprozess radikal zu flexibilisieren und dadurch nicht nur die Time-to- Market zu verkürzen, sondern innovativen Unternehmen die Möglichkeit geben, ganz neue Geschäftsmodelle zu etablieren (Steenhuis & Pretorius, 2017, S. 127–128). Die Additive Fertigungstechnologie (im Folgenden: AF) entwickelt sich rasant und kann etablierte Strukturen und Lieferketten umstürzen und das Zusammenspiel zwischen Forschenden, Produzierenden und Kundinnen sowie Kunden revolutionieren. Besonders für Österreich als Exportland ist es wichtig, dieses Potenzial zu identifizieren und in den Unternehmen umzusetzen. Diese Arbeit unterstützt Entscheidungsträger/innen dabei, die Chancen und Risiken zu erkennen, die bei der Einführung dieser neuen Fertigungstechnologie Beachtung finden sollten, um fundierte Praxisentscheidungen treffen zu können. Aus diesem Grund lautet die Forschungsfrage wie folgt:

Was sind die Chancen und Risiken der Additiven Fertigung in der Entwicklung und

Fertigung bei produzierenden Unternehmen in Österreich?

Dabei bezieht sich der oben genannte Begriff „Entwicklung“ insbesondere auf die Produktentwicklung in produzierenden Unternehmen und versteht dabei die Gesamtheit der technischen Tätigkeiten, die durchgeführt werden, um vermarktbare Produkte einzuführen.

Um das Ausmaß dieses neuen technologischen Fortschritts zu veranschaulichen, wurden nachfolgend relevante Statistiken erwähnt, die für Praktiker/innen von Bedeutung sind. So ist laut einer Studie des Industrie-Analyseunternehmens SmarTech Publishing der Weltmarkt im Jahr 2018 für die AF um 18 % auf 9,3 Milliarden US-Dollar gewachsen. Im Zuge dessen wird die gesamte Wertschöpfungskette der Branche erfasst; vom Material, der Software, der Hardware bis hin zu den Dienstleistungen (siehe Abbildung 1). Die Prognosen gehen davon aus, dass die Branche bis zum Jahr 2027 auf 41 Milliarden US-Dollar anwächst, dies wäre ein Anstieg von 446 % im Vergleich zum Jahr 2018.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Total Additive Manufacturing Market Size Nolan, 2019

Initianten für dieses Wachstum sind große Konzerne, wie beispielsweise HP, die umfassende Investitionsoffensiven angekündigt haben. Zusätzlich kommen regelmäßig neue und kostengünstigere Druckverfahren auf den Markt, wie das Laserpulverbett Fusionstechnologie Verfahren von Velo3D oder der Digital Light Synthese Prozess von Carbon (Nolan, 2019). Dies bedeutet, dass mit wachsender Verbreitung dieser Technologie und einer steigenden Konkurrenz auch österreichische Unternehmen mit dieser neuen Situation immer öfter konfrontiert werden. Weitere Antreiber für dieses Wachstum sind besonders die auslaufenden Patente der Fertigungstechnologien, die wiederum die Investitionen in diesem Bereich seitens der 3D-Druck-Hersteller/innen erhöhen werden. Gleichzeitig ist davon auszugehen, dass sich dadurch auch die Kosten für die Anwendung verringern werden, was dazu führen wird, dass sich gerade in der Serienproduktion neue wirtschaftliche Anwendungsmöglichkeiten ergeben werden (Wohlers, Campbell & Caffrey, 2016, S. 96). Weiters zeigt der Wohlers-Report 2018, dass die Zahl der verkauften 3D-Drucker mit Metallwerkstoffen um 80 % – von 983 Maschinen im Jahr 2016 auf 1.758 Maschinen im Jahr 2017 – gestiegen ist (Wohlers, 2018, S. 121).

Besondere Bedeutung kann auch der Umfrage von Gartner (2018) zugesprochen werden. Diese ergab, dass – neben dem kommerziellen Einsatz in Unternehmen – 3D-Drucker auch bei Endkundinnen und -kunden immer mehr an Verbreitung gewinnen. In Deutschland verfügen bereits 14 % der Privathaushalte über einen 3D-Drucker und mehr als die Hälfte der befragten Privatpersonen könnten sich vorstellen, einen 3D-Drucker zu kaufen. Die Anwendungsbereiche sind dabei vielseitig. Sie reichen vom Drucken von Dekorationsartikeln über Ersatzteile bis hin zu technischen Bauteilen im Hobbybereich (Krämer, 2018). Der Einfluss von Hobbyisten, die zur Verbreitung der neuen Technologie und zur Schaffung einer erhöhten Akzeptanz in der Öffentlichkeit beitragen, darf nicht unterschätzt werden, da auch private Besitzer/innen eines 3D-Druckers Teil eines neuen Ökosystems sind, das durch Plattformen und Communities das Teilen eigener 3D-Daten ermöglicht und dabei den Zugang für Dritte erleichtert. Infolgedessen ergeben sich für Unternehmen ganz neue Geschäftsmodelle. Zu dieser Erkenntnis kam u.a. Echevarria, der damit auch die Grundpfeiler dieser neuen Branche mitdefiniert hat (Echevarria, 2015).

2. Theorie

In diesem Kapitel wird die forschungsrelevante Theorie in kompakter Form erläutert. Zunächst werden die wichtigsten Begriffe erklärt und Einordnungen dieser vorgenommen. Anschließend werden die unterschiedlichen industriell eingesetzten Verfahrensfamilien näher beleuchtet. Zudem wird ein kurzer Überblick über die aktuell wichtigsten Einsatzgebiete der Additiven Fertigung gegeben. Zuletzt wird die Attraktivität des Wirtschaftsstandorts Österreich mit Bezug auf diese neue Technologie erörtert und die Unternehmensinvestitionen mit anderen Ländern verglichen.

2.1. Einordnung und Begriffsdefinition

Dieser Abschnitt schafft ein grundlegendes Verständnis für die Additive Fertigung, indem additive und subtraktive Fertigungsverfahren gegenübergestellt werden. Eine grundlegende Unterscheidung zwischen Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing erklärt im Anschluss daran die zwei gängigsten Herangehensweisen. Abschließend wird das Entstehungsprinzip eines 3D-Druckes kurz erläutert.

2.1.1. Additive und konventionelle Fertigungsverfahren

Unter subtraktiven und formativen Fertigungsverfahren versteht man die konventionellen Fertigungsverfahren, die mittels Gießen, Schweißen, Bohren, Drehen und Fräsen Geometriestücke formen. Das angesprochene Geometriestück ist dabei als dreidimensionales Produkt der Fertigung zu verstehen. Beim additiven Fertigungsverfahren hingegen entsteht das physische Objekt durch den Aufbau und das Aneinanderfügen einzelner Schichten. Dieses Schichtbauprinzip wird dabei automatisiert von 3D-Druckern ausgeführt und benötigt keine bauteilspezifischen Werkzeuge, wie dies beim subtraktiven oder formativen Fertigungsverfahren der Fall ist. Voraussetzung für den Druck ist ein 3D-Datensatz und das benötigte Ausgangsmaterial des jeweiligen Bauteils (beispielweise Kunststoff, Metall, Glas oder Porzellan). Laut Gebhardt et al. stellt dieses Verfahren die dritte Säule der gesamten Fertigungstechnologien dar (Gebhardt, Kessler & Thurn, 2016, S. 2). Im angelsächsischen Raum werden die additiven Fertigungsverfahren laut Terminologie-Norm in drei Gruppen eingeteilt: Subtraktiv, Formativ und Additiv (DIN EN ISO/ASTM 52900:2018-06). Im deutschsprachigen Raum ist der Begriff durch das Deutsche Institut für Normung DIN 8580 vereinheitlicht und wird der Hauptgruppe Urformen zugeordnet (DIN-Norm 8580:2003-09).

In der Öffentlichkeit und insbesondere in den Medien wird zurzeit der plakative Begriff 3D-Druck als Synonym zum Terminus Additive Fertigung verwendet und verdrängt somit zunehmend andere Bezeichnungen des Schichtbauverfahrens (Gebhardt et al., 2016, S. 2). Um ein besseres Verständnis der Thematik zu schaffen, ordnet die Tabelle 1 die Begriffe den Technologien, Anwendungen und Verfahrensfamilien zu. Diese Schichtbauverfahrens-Technologie wird unternehmensseitig in unterschiedlichen Anwendungsgebieten verwendet, beispielsweise im Prototypenbau (Rapid Prototyping), in der Herstellung von Werkzeugen (Rapid Tooling) und in der Fertigung von Endprodukten (Rapid Manufacturing – auch Direct Manufacturing). Weitere Anwendungsbeispiele finden sich in Kapitel 2.1.2. Diese fünf Verfahren sind die praktische Umsetzung der Technologie und werden in der Praxis durch 3D-Drucker vorgenommen (Wirth, 2017, S. 13–14).

Tabelle 1: Einordnung und Abgrenzung der Kernbegriffe angelehnt an Wirth, 2017, 13

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.1.2. Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing

Um einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt zu erzielen, ist es in einer Zeit des rapiden Wandels für Unternehmen von besonderem Interesse, innovative Produkte möglichst zeitnah am Markt einzuführen, um die Verkaufslebensdauer zu maximieren. Dadurch hat das Rapid Prototyping erheblich an Bedeutung gewonnen. Es wird das Ziel verfolgt, Konstruktionsdaten möglichst schnell in Prototypen umzusetzen. Das Schichtbauprinzip des 3D-Drucks hatte auf den schnellen Modellbau einen bedeutenden Einfluss, denn mithilfe dieser Technik ist es möglich geworden, Prototypen einfacher, kostengünstiger und in kürzerer Zeit herzustellen (Folkestad & Johnson, 2002, S. 97–99; Onuh, 2001, S. 222).

Der Begriff Rapid Tooling beschreibt den beschleunigten Prozess der Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugbestandteilen. Diese werden im nächsten Schritt in der konventionellen Fertigung von Zwischen- beziehungsweise Endprodukten verwendet. Eine wettbewerbsentscheidende Produkteinführungszeit kann durch Rapid Prototyping und Rapid Tooling erheblich verkürzt werden (Karapatis, van Griethuysen & Glardon, 1998, S. 78). Die dargelegte Effizienzsteigerung bedeutet letztendlich eine erhebliche Senkung der Produktentwicklungskosten. In der Vergangenheit sahen sich Mitarbeiter/innen dazu gezwungen, Designs für Produktionswerkzeuge zu wählen, die beinahe anspruchslos verändert werden konnten. Nachdem Änderungen an Prototypen nunmehr kostengünstiger und einfacher durchzuführen sind, stehen Designer/innen, Ingenieurinnen und Ingenieure weniger unter Druck, sich an die Entwurfs-Konstruktion eines Produktes zu binden. (Folkestad & Johnson, 2002, S. 97–99).

Durch die fortschreitende technologische Entwicklung der 3D-Drucker, ist es bereits möglich, serienreife Endprodukte zu fertigen, was unter dem Fachbegriff Rapid Manufacturing zu verstehen ist. Wenn die Funktion des Endproduktes dieselben mechanisch-physikalischen Eigenschaften aufweist, wie dies bei einer konventionellen Fertigung der Fall ist, dann kann dieses Bauteil auch mit einem additiven Fertigungsverfahren in Serie hergestellt werden. Individuelle Designänderungen sind dadurch bereits bei einer Losgröße Eins möglich. So kommt das Rapid Manufacturing bereits seit Jahren in der Hörgeräte- und Dentalbrücken-Herstellung erfolgreich zum Einsatz (Deradjat & Minshall, 2017, S. 95–96; Gebhardt et al., 2016, S. 11).

Das Design- und Produktionsunternehmen Aerojet Rocketdyne verwendete bereits 1999 das SL S -Verfahren zur Herstellung von serienfertigen Teilen für das Weltraumlabor und Raumfähren. Auch das Jet Propulsion Labor der NASA verwendet Rapid Manufacturing -Technologien zur Produktion von Raumfahrtteilen. Das Dentalprodukteunternehmen Algin Technologies kann dank des Stereolithographie- Verfahrens (auch SL-Verfahren) seine gesamten Zahn-Formen für die kieferorthopädischen Behandlungen (bekannt als Alginer-Therapie) nach individuellem Patientinnen- und Patientenbedarf herstellen, ohne dabei auf ein konventionelles Fertigungsverfahren zurückgreifen zu müssen (Hopkinson & Dickens, 2001, S. 197). Diese Anwendungsbeispiele bilden die aktuell eingesetzte branchenübergreifende Nutzung von Rapid Manufacturing ab. Nicht zu unterschätzen ist jedoch, dass Unternehmen noch mit Herausforderungen in diesem jungen Anwendungsgebiet konfrontiert sind.

2.1.3 Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip des generativen Fertigungsverfahrens beziehungsweise die Entstehung eines 3D-Drucks ist in Abbildung 2 dargestellt und wird im Folgenden erläutert. Ausgangspunkt des Entstehungsprozesses eines 3D-Bauteils ist ein CAD- Datensatz, wie er auch bei allen anderen Fertigungsverfahren zum Einsatz kommt. Diese Informationen werden anschließend mittels spezieller Software in gleichmäßige Schichten aufgeteilt. Dabei muss jede einzelne Schicht einen Druckvorgang repräsentieren und genau so dünn sein wie ein einzelner Druck. Im Anschluss daran wird der neu errechnete Datensatz an den 3D-Drucker weitergeleitet. Dieser erzeugt nun Schicht für Schicht (vom Boden bis zur Spitze) die fertige Geometrie. In der Praxis gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen 3D-Drucker-Varianten, die jeweils andere generative Fertigungsverfahren verwenden. Diese Verfahren werden in Kapitel 2.2. näher erläutert (Gebhardt et al., 2016, S. 4–6). Damit ein 3D-Drucker ein Bauteil drucken kann, ist Stützmaterial (aus gefüllten und ungefüllten Epoxid- und Acrylharzen) erforderlich. Dieses wird bei den meisten Fertigungsverfahren gleichzeitig mitgedruckt und verleiht der Geometrie Standhaftigkeit. Nach dem Druckvorgang wird das Bauteil vom Stützmaterial getrennt und anschließend gereinigt. In einem eigenen Prozessschritt, der Finishing genannt wird, wird die Oberfläche mittels Sandstrahl verfeinert, poliert und (falls erforderlich) lackiert (Gebhardt, 2014, S. 71–72).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Funktionsprinzip additiver Fertigungsverfahren Gebhardt et al., 2014, 5

2.2. Verfahrensfamilien der Additiven Fertigung

Der Begriff Additive Fertigung umfasst sämtliche Fertigungsverfahren, bei denen ein dreidimensionaler Gegenstand schichtweise hergestellt wird. Die einzelnen Fertigungsverfahren unterscheiden sich im technologischen Prinzip der Modellerstellung und dem zu verwendenden Ausgangsmaterial stark voneinander. Nach der VDI-Richtline 3405 werden die Verfahren in fünf Verfahrensklassen (Polymerisation, Pulver-Binder, Sintern und Schmelzen, Extrusion und Schicht-Laminat) eingeteilt, diese werden im folgenden Kapitel gegenübergestellt (VDI-Richtlinie 3405). Zusätzlich werden die wichtigsten Vor- und Nachteile erläutert. In der Praxis werden häufig andere Bezeichnungen für die jeweilige Verfahrensfamilie verwendet. Dabei handelt es sich häufig um eingetragene Marken der 3D-Drucker-Hersteller. Andere Verfahren sind oft leichte Abwandlungen der bekannten Methoden und werden in dieser Arbeit nicht näher behandelt (Kumke, 2018, S. 12–13).

2.2.1. Polymerisation

Beim Polymerisationsverfahren werden flüssige Harze mittels ultravioletter Strahlung verfestigt. Es existieren verschiedene patentierte Verfahren in diesem Bereich, sie unterscheiden sich dabei in der Art der Konturenbildung und des UV-Strahles. Eine der ältesten Methoden ist die Stereolithografie (SL). Generell wird bei der Erzeugung eines einzelnen Querschnitts eine flüssige Schicht aufgetragen, danach wird mithilfe einer Scaneinrichtung, die mit einem Licht oder Laser bestückt ist, eine feste Kontur erzeugt. Der Bewegungsablauf der Scaneinrichtung wird mittels Konturdaten aus dem CAD- Bauplan gesteuert. Sobald eine komplette Schicht verfestigt wurde, wird die Bauplattform abgesenkt und eine neue flüssige Harzschicht aufgetragen. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Bauteil die gewünschte Form erreicht (Gebhardt, 2016, S. 107–111). Bei manchen Verfahren wird das Bauteil während des Drucks nicht zur Gänze ausgehärtet, sondern muss anschließend noch in einen Nachbehandlungsofen zur vollständigen Aushärtung. Dieser Bauvorgang erfordert den zusätzlichen Druck von Stützen, die zur Fixierung der Bauplattform dienen und Verformungen und Verdrehungen des Objekts verhindern. Die Stützen müssen nach dem Druckvorgang manuell beziehungsweise automatisiert entfernt werden. Aufgrund dieser Stützen können Bauteile nicht aufeinandergestapelt gedruckt werden, wodurch die Bauform nicht optimal ausgenutzt werden kann, was zu einer geringeren Effizienz führt (Gebhardt, 2016, S. 107–111). Gleichzeitig erhöht sich die Genauigkeit des Verfahrens durch den enorm reduzierten Durchmesser des Laserstrahles. (Breuninger, Becker, Wolf, Rommel & Verl, 2013, S. 27). Da das Polymerisationsverfahren eines der am längsten genutzten 3D- Druck-Verfahren ist, kann auf einen großen Erfahrungsschatz zugegriffen werden. Ebenfalls können bei diesem Verfahren unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden, wobei je nach Hersteller anfallende Restharze beim nächsten Druckvorgang wiederverwendet werden können. Das Entfernen der Stützen kann sich als mühsam erweisen, da chemische Lösungsmittel zum Einsatz kommen, die bei unsachgerechter Handhabung, Lagerung und Entsorgung gesundheitsschädlich sein können (Gebhardt, 2013, S. 57–59).

2.2.2. Pulver-Binder

„Der plakative Begriff 3D-Druck (3DP) beschreibt ein spezielles additives Pulver- Binder-Verfahren, das dem nahe kommt, was gemeinhin als Drucken bezeichnet wird“ (Wirth, 2017, S. 17). Bei dieser Art des dreidimensionalen Druckens werden verschiedenste Materialien mit einem flüssigen Binder verklebt. Unter einem Binder versteht man in diesem Zusammenhang eine Substanz, welche die Verbindung einzelner anderer Bestandteile ermöglicht und somit eine spezielle Art des Druckes näher beschreibt. Meistens erfolgt der Druck mit mehreren Druckköpfen gleichzeitig, was dem herkömmlichen Tintenstrahldrucker-Prinzip ähnelt. Nach Abschluss des Bauvorganges kann das Bauteil unmittelbar der Maschine entnommen werden, da der Prozess bei Raumtemperatur vonstattengeht und kein Abkühlen oder Aushärten erforderlich ist. Außerdem erübrigt sich bei diesem Verfahren eine Stützkonstruktion, da der Bauraum des 3D-Druckers mit einem Pulverbett aufgefüllt ist. Von höchster terminologischer Wichtigkeit ist es, dass der Begriff Dreidimensionales Drucken nicht mit dem Oberbegriff Additive Fertigung verwechselt wird. Die Materialauswahl ist nahezu unbegrenzt, wodurch auch Lebensmittel als Ausgangsmaterial verwendet werden können, allerdings bieten die Hersteller nur ein kleines Segment an Ausgangsstoffen an. Im Vergleich zu anderen Verfahren lassen sich Bauteile in einer kürzeren Produktionszeit und deutlich günstiger herstellen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich Bauteile in nahezu unbegrenzten Farbvarianten drucken lassen. Nachteile weist dieses Pulver-Binder- Verfahren in den Bereichen Dichte und Belastbarkeit auf (Gebhardt, 2014, S. 51–52).

2.2.3. Sintern und Schmelzen

Beim Selektivem Laserschmelzen (SLM), im Englischen Selective Laser Melting, werden runde Metallpulverpartikel schichtweise auf eine Druckplattform oder Stützkonstruktion aufgetragen. Mithilfe eines Lasers wird das Bauteil in der Schmelzzone vollständig umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Durch diesen Laserschweißprozess kann eine porenfreie Struktur aufgebaut werden, die eine sehr hohe Dichte von (20-40 qm) / (> 99 %) aufweist. Auch in diesem Verfahren wird das Bauteil abermals durch Absenken der Bauplattform schichtweise von unten nach oben aufgebaut. Das Licht des Lasers wird mithilfe schwenkbarer Spiegel an den jeweiligen Schweißpunkt gespiegelt. Die Oberfläche kann nach Bedarf mittels Kugelstrahlen weiter verfeinert werden (Buchmayr & Panzl, 2015, S. 16). Vorteilhaft ist die Feinheit der Mikrostruktur, die einem Bauteil mit konventioneller Fertigungsmethode entspricht und die hohe mechanische Belastbarkeit der Endprodukte. Ein Nachteil für Unternehmen ergibt sich beim Einsatz des SLM-Verfahrens durch hohe Investitionskosten in Anlagen und das Metallpulver (bei einer geringen Produktionsgeschwindigkeit und einer begrenzten Bauteilgröße). Somit ist dieses Verfahren für die Großserienfertigung oft ungeeignet (Buchmayr & Panzl, 2015, S. 19).Das Selektive Lasersintern (SLS), im Englischen S elective Laser Sintering, ist – bis auf die verwendeten Materialien – dem Selektiven Laserschmelzen (SLM) sehr ähnlich. So kann beim SLS-Verfahren eine Vielzahl von Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Kunststoff, Glas, Keramik, Aluminium und Edelstahl (Guo & Leu, 2013, S. 219). Beide oben genannten Verfahren besitzen im Vergleich zu anderen generativen Fertigungstechnologien, auch im Vergleich zum Injection-Moulding-Verfahren (Spritzgießen), eine langsame Produktionsgeschwindigkeit, was sich im verhältnismäßig hohen Energieverbrauch widerspiegelt und zu einer schlechten Umweltbilanz führt (Chen et al., 2015, S. 623).

2.2.4. Extrusion

Das schichtweise Auftragen von thermoplastischen Kunststoffen wird Fused Layer Modeling (FLM) oder Fused Filament Fabrication (FFF) genannt. Diese Kunststoffe werden in beheizten Düsen, sogenannten Extruderdüsen, verflüssigt und als Strang aufgetragen. Gleichzeitig trägt eine zweite Düse das notwendige Stützmaterial auf. Nach dem Auftragen erhärtet sowohl das Bau- als auch das Stützmaterial durch das Abkühlen des Kunststoffes. Anschließend wird die Druckplattform um eine Ebene abgesenkt und der Vorgang wiederholt sich bis zur Vollendung des Geometriestücks. Die porösen Stützen können manuell oder in speziellen Waschanlagen automatisch entfernt werden. Das Extrusionsverfahren kommt – im Gegensatz zu anderen additiven Fertigungsverfahren – ohne Kathoden- oder Laserstrahl aus. Das erste Extrusionsverfahren, das sogenannte Fused Deposition Modeling (FDM), wurde von der Firma Stratasys Company in den späten 1980er-Jahren entwickelt und als geschützte Marke eingetragen. Teilweise wird dieser Begriff auch als generische Bezeichnung verwendet.

FFF gehört zu den kostengünstigeren Verfahren sowohl in Bezug auf die Material- als auch die Maschinenkosten. Deshalb wird dieses Verfahren häufig auch als „Personal Printer“ im Hausgebrauch eingesetzt. Zusätzlich sind bei diesem Verfahren weder Schutzkleidung, Absaugeinrichtung noch umfangreiches technisches Know-how erforderlich (Horsch, 2014, S. 113–117). Für Hobbyisten gibt es die Möglichkeit, derartige 3D-Drucker mit beschriebener Extrusions-Technologie auf dem Markt ab etwa 200 € zu erwerben (Martel, 2017). Um ein Modell mit einer guten Qualität herzustellen, sind zwingend Spezialkenntnisse und idealerweise ein hochwertiges Druckermodell notwendig. Da die Druckqualität geringer ist als dies bei anderen Technologien der Fall ist, kommt das FFF häufig im Rapid Prototyping zum Einsatz (Horsch, 2014, S. 113–117).

2.2.5. Schicht-Laminat

Layer Laminated Manufacturing (LLM) arbeitet mit Platten oder Folien, die gemäß den CAD-Daten zugeschnitten und danach schichtweise aufeinander positioniert und je nach Verfahren verklebt, gelötet oder verschweißt werden. Dabei können Materialien wie Papier, Metall, Kunststoff oder sogar Keramik verwendet werden. Der Zuschnitt erfolgt abhängig vom gewählten Material mittels heißem Draht, einem Messer oder Laser. Da der Prozess lediglich einen Herstellschritt benötigt, können Prototypen in sehr kurzer Zeit hergestellt werden. Zudem zählt dieses Verfahren zu den kostengünstigsten, da einfaches Papier als Ausgangsmaterial verwendet werden kann (Gebhardt, 2014, S. 56–58). Eines der ältesten und bekanntesten Schichtverfahren ist das Laminated Object Manufacturing (LOM), das 1999 in den USA von Michael Feygin entwickelt wurde. Er verwendete mit Klebstoff beschichtetes Papier, das auf Rollen gewickelt auf die Bauplattform gezogen wurde. Die Folie wurde dann mithilfe einer beheizten Walze auf die vorherige Schicht gedrückt und aktivierte den wärmeempfindlichen Klebstoff (Bikas, Stavropoulos & Chryssolouris, 2016, S. 394). Das Verfahren eignet sich weniger für dünne Wände sowie für komplexe Bauteile, auch ist das Schachteln mehrerer Teile ineinander nicht möglich. Nachteilig ist außerdem, dass besonders das Verkleben der Bauteilschichten, die unterschiedliche mechanische Eigenschaften in und quer zur Schichtrichtung aufweisen können, erschwert wird. Das nicht verwendete Material, das beim Ausschneiden der Schichten übrig bleibt, ist Ausschuss und kann nicht wiederverwendet werden (Gebhardt, 2013, S. 69).

3. Ausgangslage

In diesem Kapitel werden eingangs erfolgreiche Anwendungsfälle additiver Fertigungsanlagen vorgestellt und dann ein Bezug zum Wirtschaftsstandort Österreich hergestellt. Abschließend erfolgt die literaturseitige Darlegung der forschungsrelevanten Chancen und Risiken.

3.1. Einsatz des 3D-Druckers im produzierenden Gewerbe

Laut einer Studie der Ernst & Young GmbH bergen die Branchen Automobil, Medizin, Konsumgüter, Luft- und Raumfahrt, Maschinen und Anlagenbau, Kunststoffe, Elektronik und Energie sowie Logistik und Transport das größte Potenzial (Müller, 2016). Im folgenden Abschnitt werden einige dieser Industriebereiche betrachtet. Die in diesem Kapitel vorgestellten Unternehmen nutzen die Additive Fertigung bereits seit Jahren, sowohl für Rapid Prototyping als auch für Rapid Manufacturing. Die Unternehmen sind beispielhaft aufgeführt, da sie Innovationsführer auf dem Markt sind und individuelle Strategien entwickelt haben, um die AF für ihren Betrieb erfolgreich zu nutzen.

Automobilindustrie: Die BMW Group ist seit langem als eine Vorreiterin der generativen Fertigung bekannt, sie setzte bereits 1991 die AF in Konzeptfahrzeugen ein. Heute produziert sie jährlich über 100.000 Komponenten für unterschiedlichste Einsatzgebiete. Momentan baut BMW in München einen eigenen Campus für die generative Fertigung, der im Jahr 2019 fertiggestellt wird. Dieser bündelt die gesamte Technologiekompetenz im Bereich 3D-Druck und soll die Zusammenarbeit sämtlicher Expertinnen und Experten erleichtern. BMW sieht dabei ein großes Potenzial bei personalisierten Fahrzeugen. So können Kundinnen und Kunden beispielweise im Produktprogramm MINI Yours Customised ausgewählte Komponenten nach ihren individuellen Vorstellungen gestalten und anschließend im generativen Fertigungsverfahren produzieren lassen. Ein weiteres Beispiel ist die Halterung der Verdeckabdeckung beim BMW i8 Roadster; diese wird mittels eines 3D-Druckers hergestellt und weist dank bionischer Konstruktion eine höhere mechanische Belastbarkeit bei gleichzeitig niedrigerem Gewicht auf (Seidel, 2018).

Luft- und Raumfahrtindustrie: Da die additive Fertigungstechnologie es ermöglicht, Bauteile an abgelegenen Standorten drucken zu lassen, können Transport- und Lagerkosten deutlich gesenkt werden. Beispielsweise lassen sich so Teile und Werkzeuge für die Luft- und Raumfahrt im Weltraum drucken. Die NASA hat bereits erste Tests an der ISS erfolgreich durchgeführt und die Verwendung der Additiven Fertigung im schwerelosen Raum bestätigt (Attaran, 2017, S. 684). Das Unternehmen GE Aviation nutzt das 3D-Druck-Verfahren als Standardmethode für die Fertigung von Serienteilen, insbesondere für Einspritzdüsen ihres Mantelstrom-Flugzeugtriebwerkes CFM International LEAP. In den kommenden Jahren ist geplant, bis zu 100.000 Teile mittels dieses neuen Verfahrens herzustellen (Wohlers et al., 2016, S. 27). Die zwei größten Flugzeughersteller Boeing und Airbus setzen ebenfalls in der Serienfertigung ihrer Komponenten auf die AF, bei der ca. 200 Einzelteile additiv gefertigt und in Privat- und Militärjets eingebaut werden. Diese neuen additiv hergestellten Bauteile ermöglichen ein effizienteres und leichteres Design, was zu einem geringeren Gesamtgewicht der Flugzeuge führt und somit Kosten einspart (Attaran, 2017, S. 686). Weiters nutzt das Unternehmen MTU Aero Engine die Additive Fertigung, um Boroskopaugen für das A320neo- Triebwerk herzustellen. Außerdem sind weitere Bauteile, wie Halterungen, Dichtungsträger, Lagergehäuse und Streben geplant; diese sollen ebenfalls additiv in Serie hergestellt werden (Vollmuth, 2018).

Textil- und Bekleidungsindustrie: Als einer der bedeutendsten Sportschuhersteller der Welt hat Adidas 2017 den ersten mittels 3D-Druck Verfahren hergestellten Schuh vorstellt. Dabei arbeitet der Konzern mit dem im Silicon Valley ansässigen Tech-Unternehmen Carbon zusammen. Die Zwischensohlen der High-Performance-Schuhe werden mithilfe des DLS-Prozesses (Digital Light Synthesis) gefertigt. Dabei werden flüssiges Kunstharz, UV-Licht und Sauerstoff benötigt. Um den „perfekten“ Laufschuh herzustellen, hat Adidas über 17 Jahre hinweg Daten von Athletinnen und Athleten gesammelt, diese analysiert und in ein funktionales Design umgewandelt, das exakt auf die Bedürfnisse der individuellen Sportlerschaft abgestimmt ist. Dadurch wird maximale Beweglichkeit, Stabilität und Dämpfung ermöglicht (adidas AG, 2015).

Der Hersteller führte die Futurecraft 4D -Schuhe im Herbst 2017 am Markt ein und stellte bis 2018 bereits 100.000 Paare her. Dies ist laut Dr. Joseph Desimone (CEO von Carbon) ein Vorzeigebeispiel dafür, dass die digitale Revolution den globalen Fertigungssektor erreicht und damit die Art und Weise, wie physikalische Güter hergestellt werden, verändert hat (adidas AG, 2017). Mit der Laufschuh-Serie AM4 plant Adidas nun, für die gesamte Käufer/innenschaft einen im Adidas -Store mittels Footscan-Technologie individuell personalisierbaren Sportschuh in Serie herzustellen, dessen Herstellungsgeschwindigkeit sich nicht von jener der konventionellen Massenproduktion unterscheidet (adidas AG, 2015).

Medizintechnik: Durch die Additive Fertigung hat die Medizinindustrie revolutionäre Wege gefunden, maßgeschneiderte Implantate herzustellen, die sowohl Kosten als auch Operationszeiten reduzieren. Unter der Leitung von Anthony Atala (Wake Forest Institute für Regenerative Medizin) ist es bereits gelungen, voll funktionsfähige menschliche Organe zu drucken. Dazu werden Zellen und biokompatibles Material verwendet, mit denen Haut, Blasen, Lebern und Gefäßtransplantate gedruckt werden können (Attaran, 2017, S. 686). Obwohl sich dieser Markt noch in der Pilotphase befindet, wird anhand der hohen Investitionskapazitäten davon ausgegangen, dass dieses Marktsegment mit sinkenden Technologiekosten von 0,26 Milliarden Euro (Stand 2015) auf 5,59 Milliarden Euro bis zum Jahr 2030 anwachsen wird (Hudelist, 2018).

3.2. Verbreitung der AF in Österreich

Aus einer repräsentativen Erhebung aus dem Jahr 2018 von Statistik Austria geht hervor, dass 4 % der 2.850 österreichweit befragten Unternehmen Additive Fertigung nutzen. Bei den österreichischen Großunternehmen sind es bereits 17 %, im produzierenden Gewerbe sind es mit 26,3 % deutlich mehr (siehe Tabelle 2). Hierbei verwenden 84 % der Unternehmen die Bauteile für das Rapid Prototyping und 49 % für das Rapid Manufacturing, wobei die Bauteile beim Endprodukt zum Einsatz kommen (Statistik Austria, 2018).

Tabelle 2: Verwendung von AF-Technologien in österreichischen Unternehmen angelehnt an Statistik Austria, 2018

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im internationalen Vergleich liegt Österreich dabei unter dem Durchschnitt. So geben laut einer Studie der Ernst & Young GmbH 24 % der weltweit befragten Großunternehmen an, die AF zu nutzen. Eine Spitzenposition nimmt Deutschland mit 37 % ein. Künftig zeichnet sich eine Marktführerposition der Industrienationen China, Südkorea und USA ab. So wollen 55,9 % der chinesischen und südkoreanischen Großunternehmen bis zum Jahr 2021 die AF implementieren, in den USA sind es 36,5 % und in Deutschland lediglich 26 % der befragten Unternehmen (Müller, 2016). Will Österreich in der AF ein Global Player werden, so bedarf es folglich großen Investitionen. Auch in österreichischen Start-ups hat die Additive Fertigung Einzug gehalten. So investierte zum Beispiel im April 2018 das Grazer Start-up Mything.com 2,1 Millionen Euro Risikokapital mit der Prämisse, eine Onlineshopping-Plattform zu etablieren, die Endkundinnen und -kunden mit Designer/innen und lokalen Herstellern verbindet (Haria, 2017).

3.3. Aktueller Forschungsstand der Chancen und Risiken

Um die Bandbreite an Begrifflichkeiten zusammenzufassen, wurden in der vorliegenden Arbeit in Anlehnung an Wirth (2017) nachfolgende Termini zur Analyse herangezogen. Sie sind die Grundlage für die Erörterung der Chancen und Risiken.

3.3.1. Chancen

Auf Grundlage der maschinellen und prozesstypischen Eigenschaften der additiven Fertigungstechnologie können charakterisierende Chancen beziehungsweise Potenziale für österreichische Unternehmen abgeleitet werden. Diese werden nachfolgend beschrieben.

3.3.1.1. Individualisierung

Da das Funktionsprinzip der Additiven Fertigung eine neue Freiheit in der Architektur ermöglicht, können bereits bei einer Losgröße Eins individuelle Änderungen mit relativ geringem zusätzlichem Aufwand vorgenommen werden. Dies bedingt eine Steigerung der Produktdiversifikation und die Möglichkeit einer personalisierten Massenfertigung (Mass Customization). Der konkrete Mehrwert (Value Proposition) ergibt sich durch die Erhöhung des Produktnutzens, beispielsweise in den Bereichen Design, Leichtbau und Effizienz. Infolgedessen kann einerseits ein Wettbewerbsvorteil erzielt und andererseits die Zahlungsbereitschaft der Konsumentinnen und Konsumenten gesteigert werden. Die wirtschaftliche Produkt-Individualisierung ermöglicht den Kleinserienherstellern eine deutliche Senkung ihrer Kosten. Beispiele dafür sind in der Dentalbranche, Luxusautomobilindustrie und im Maschinenbau zu finden (Kumke, 2018, S. 20). Ersterer Sektor profitiert besonders vom individuellen Implantat – sowohl hinsichtlich des Individualisierungsbedarfs der zu Behandelnden als auch unternehmensseitig hinlänglich der Produktionskosten. Weitere Personalisierungschancen finden sich im sogenannten Co-Design, das es der Käufer/innenschaft ermöglicht, eigene Designänderungen am individuellen Produkt vorzunehmen. Dafür werden 3D-Plattformen benötigt, die die entstandenen Designs anschließend in einen 3D-Datensatz umwandeln, der von einem Druckdienstleister oder vom Plattformbetreiber selber ausgedruckt werden kann (Rayna, Striukova & Darlington, 2015, S. 90–95).

3.3.1.2. Designfreiheit

Im konventionellen Fertigungsverfahren können Bauteile meist nicht aus einem festen Teil gefertigt werden, sondern erhalten ihr komplexes Aussehen durch das Verbinden verschiedenster Teile. Zusätzlich muss bei der Konstruktion darauf geachtet werden, dass die Werkzeug- und Fertigungskosten niedrig bleiben, was die Umsetzung von komplexen Formen und Hohlräumen erschwert. Durch den vermehrten Einsatz von generativen Fertigungsverfahren ist es möglich, bionische Designs besser zu realisieren. Die Bionik befasst sich hierbei mit der technischen Umsetzung von Konstruktionen und Verfahren biologischer Systeme. Ein Beispiel dafür wäre ein Knochen eines Vogels, der trotz seiner großen Lufthohlräume sehr stabil ist. Diese natürlichen Eigenschaften des bionischen Designs können nun für zukünftige Produktdesigns übernommen werden. Moderne Rendering-Software von Frustum Inc. oder der Siemens AG hilft den Konstrukteurinnen/Konstrukteuren dabei, die Topologie ihres Designs zu optimieren. Hierzu werden Konstruktionsvorschläge ausgegeben, welche die maximale Belastbarkeit bei niedrigstem Materialverbrauch errechnen (Zeyn, 2017, S. 22–28).

3.3.1.3. Lieferkette

Im Gegensatz zur traditionellen Fertigung erfordert eine Additive Fertigung keine örtliche Konzentration von Produktionskapazitäten, sondern kann dezentral (etwa in kundinnen- bzw. kundennähe) stattfinden. Studien, wie die von Khajavi et al. (2018) und Thompson et al. (2016), veranschaulichen die Machbarkeit von AF-Hubs für diverse Lieferketten. Sie analysieren die Kostenauswirkungen im Vergleich zu konventionellen Fertigungsmethoden und bestätigen insbesondere bei der Ersatzteilversorgung in der Luftfahrtindustrie eine deutliche Kosteneffizienzsteigerung (Khajavi, Holmström & Partanen, 2018, S. 1180–1181; Thompson et al., 2016, S. 752–753). Durch die rasante technologische Entwicklung und die damit verbundene Steigerung der Druckrate, ist eine Ausdehnung der Wirtschaftlichkeit von einer dezentralen Produktion auf weitere Lieferketten realistisch, da auch das Auslaufen der Schlüsselpatente zum Wettbewerb und somit zu einer weiteren Kostensenkung führen wird (Wittbrodt et al., 2013, S. 719–720). Auch in der verteilten individualisierten Produktion kann in naher Zukunft die Prognose getroffen werden, dass durch das weltweite Produktionsnetz von Fabber sogenannte Personal 3D-Drucker und kommerzielle 3D-Drucker entstehen, bei denen die unterschiedlichsten additiven Fertigungsmaschinen angeschlossen werden, die sich nach Bedarf in Bezug auf Material und Verarbeitungsqualität ergänzen. Dadurch könnten Unternehmen und Privatpersonen mithilfe eines passenden 3D-Designs ihre Produkte in diesen Koproduktions-Netzwerken herstellen lassen, wodurch etablierte Strukturen aufgebrochen und eine „Demokratisierung“ der Fertigung entstehen würde (Gebhardt, 2014, S. 137). Für Endkundinnen und -kunden würde dies bedeuten, sämtliche Produkte des täglichen Bedarfs selbst im persönlichen 3D-Drucker fertigen zu können. Nicht außer Acht zu lassen ist außerdem die Chance der Rückverlagerung der Produktion aus Billiglohnländern in Industrieländer (Weller, Kleer & Piller, 2015, S. 45–46). Durch die dezentrale Fertigung können zudem enorme Lagerkosten eingespart werden, da nur noch die Ausgangsmaterialien für die 3D-Drucker gelagert werden müssen und etwaige Überseelieferungen entfallen. Ebenfalls würde diese optimierte Lieferkette eine signifikante Reduktion der Transportkosten bedingen (Buchmayr & Panzl, 2015, S. 19)

3.3.1.4. Geschwindigkeit (Time-to-Market)

„Aufgrund der hohen realisierbaren Geschwindigkeit, die von der Konstruktion bis zur eigentlichen Fertigung erzielt werden kann, tragen die Anwendungen oftmals den Zusatz ‚Rapid’ ….„ (Wirth, 2017, S. 56)

Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing bieten eine Vielzahl an Möglichkeiten, Zeit einzusparen. Beispielweise entstehen kürzere Prozessintegrationszeiten, entfallende Werkzeuganfertigungszeiten und Lieferzeiten (Kumke, 2018, S. 20). Daraus können Unternehmen neue Produktentwicklungsstrategien entwickeln, die es ihnen ermöglichen, gefragte Produkte noch vor ihrer Konkurrenz auf den Markt zu bringen (Petrovic et al., 2011, S. 1071). Zusätzlich können über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg Produktentwicklungskosten gesenkt und die ökologischen sowie ökonomischen Faktoren optimiert werden. Infolgedessen lassen sich durch den richtigen Einsatz von AF- Technologien die Time-to-Market als auch die Time-to-Profit verkürzen (Thompson et al., 2016, S. 752). Petrovic et al. zeigen anhand eines Fallbeispiels, dass es möglich ist, ein komplexes Bauteil eines Rennwagens mithilfe von AF-Technologien innerhalb von nur 28 Stunden, von der Konstruktion über die Testphase bis hin zur Kleinserienherstellung, auf den Markt zu bringen (Petrovic et al., 2011, S. 1063–1064).

Durch die Verkürzung der Time-to-Market verringern sich gleichzeitig auch die Markteintrittsbarrieren, was sowohl eine Chance als auch ein Risiko für Unternehmen darstellt. Für Start-ups und Kleinunternehmen ergibt sich die Möglichkeit, auf einem Markt zu partizipieren, der ihnen aufgrund der bis dato erforderlichen Investitionen in Werkzeuge und Produktionsanlagen vorenthalten blieb. Gerade in der Fahrzeugindustrie entfacht dies eine neue Wettbewerbssituation, da größere Player nun auch mit kleineren Unternehmen konkurrieren.

3.3.1.5. Rüstkosten

Generell steht bei vielen Unternehmen eine Effizienzsteigerung zur erfolgreichen Produktpositionierung am Wettbewerbsmarkt im Vordergrund. Dabei wird häufig der E3- Ansatz verwendet, der den Produktwert in ökonomische, ökologische und Erfahrungswerte einteilt und danach strebt, Techniken zur Verbesserung dieser E3-Werte zu implementieren. So bringt die AF-Technologie – etwa durch den Verzicht auf zusätzliche Produktionsprozesse, wie den Rüstvorgang von Werkzeugen bei Maschinen – eine Vielzahl an neuen Möglichkeiten mit, um den Produktwert zu maximieren (Campbell, Jee & Kim, 2013, S. 2–3; Kim, Cho, Ko & Jee, 2011, S. 314–322). Infolgedessen ergeben sich Kosteneinsparungen durch den Wegfall von Maschinenausfällen und etwaigen Folgekosten für Montage- bzw. Wartungsoperationen, bei gleichzeitiger Steigerung der Produktvielfalt. Änderungen in Funktion und Design werden lediglich durch die Anpassungen der CAD-Datei durchgeführt werden, die dann anschließend vom 3D-Drucker übernommen werden. Dadurch kann wiederum die Gesamtdurchlaufzeit in der Produktion deutlich reduziert werden (Weller et al., 2015, S. 44–46). Auch hinsichtlich der geringeren Bauteilanzahl, die die Gesamtkapazität und Frequenz von Montagearbeiten senkt, können Einsparungen erfolgen.

3.3.1.6. Neue Geschäftsmodelle

Neue Geschäftsmodelle haben in der Vergangenheit oft ganze Industrien revolutioniert und stellen deshalb auch in Bezug auf die AF ein nicht zu vernachlässigender Faktor dar. Im Kontext dieser Arbeit werden Online-Marktformen im Zusammenhang mit Additiver Fertigung analysiert und die wichtigsten Geschäftsmodelltypen genauer beleuchtet. Das am meisten verbreitete Geschäftsmodell ist der Modellkatalog, der sowohl im Hobby-, als auch im Profibereich Anwendung findet. Quintessenz einer derartigen Plattform ist die Bereitstellung von (teils kostenpflichtigen, teils kostenlosen) 3D-Datensätzen von Dritten. Die wohl erfolgreichste Online-Plattform ist die Thingiverse Community der Firma MakerBot, auf der Datensätze von nichtgewerblichen Autorinnen und Autoren erstellt und als STL-Datei dem Modellkatalog hinzugefügt werden. Andere Nutzer/innen können diese Datei (je nach Lizenztyp) kostenlos oder kostenpflichtig erwerben und die Modelle mittels 3D-Drucker, Laser Cutter oder CNC-Fräser in physische Objekte umsetzen (West & Kuk, 2016, S. 174–175).

Ein weiterer Geschäftsmodelltyp ist die Druckdienstleistung, bei der, meist auf ein oder mehrere generative Fertigungsverfahren spezialisierte, Unternehmen in Fertigungshallen eine große Anzahl 3D-Drucker betreiben. Anschließend können Auftraggeber/innen ihre Fertigungsaufträge auf Webportalen erteilen, indem sie ihre eigenen 3D-Datensätze hochladen und den zu zahlenden Betrag überweisen (Horsch, 2014, S. 148–149).

Auch beim Geschäftsmodell der Servicebroker laden Kundinnen/Kunden 3D-Datensätze auf eine Web-Plattform hoch. Im Gegensatz zur klassischen Druckdienstleistung werden (ähnlich wie bei Vergleichsportalen für Flugreisen) Druckdienstleister vorgeschlagen und letztendlich Fertigungsaufträge vermittelt. Nach erfolgreicher Vermittlung erhält der Servicebroker eine Provisionsgebühr (Horsch, 2014, S. 149–150).

Das Geschäftsmodell Marktplatz erlaubt es Drittunternehmen, auf der Plattform einen eigenen Webshop einzurichten, in dem eigene Modelle angeboten werden. Danach wird Verkäufer/innenseitig ein Grundpreis definiert, der die Herstellungs- sowie Provisionskosten der Plattform deckt. Plattformen wie Shapeways, die auch „non- professionals“ für ihre Verkäufe zur Verfügung steht, verdienen somit am Druck und erheben zusätzlich eine Verkaufsgebühr beim Content-Anbieter (Bull & Groves, 2009, S. 36–37; Fastermann, 2014, S. 52–54; König, 2013, S. 162–167).

3.3.2. Risiken

Neben den zuvor beschriebenen Chancen bringt die Additive Fertigung auch Risiken mit sich. Welche diese konkret sind und worauf Praktiker/innen bei einer potenziellen Implementierung der AF achten müssen, wird in den nachfolgenden Unterkapiteln beschrieben.

3.3.2.1. Oberflächengüte

Aus physikalischen Gründen ist die Oberflächengüte der generativen Fertigungsverfahren im Vergleich zu den konventionellen Fertigungsverfahren deutlich niedriger. Daher ist in den meisten Fällen ein zusätzlicher Prozessschritt (Schleifen, Lackieren, Galvanisieren und Polieren) erforderlich, um den entsprechenden Oberflächenfeinheitsgrad zu erreichen. Die Oberflächenqualität und der benötigte Verfeinerungsaufwand hängen dabei stark vom jeweils angewandten Fertigungsverfahren ab. So weisen Bauteile, die durch Extrusion und Polymerisationsverfahren erzeugt wurden, eine deutlich hochwertigere Oberflächengüte auf als die anderer Verfahren (Gebhardt, 2016, S. 99–101; Weller et al., 2015, S. 46) . Die größte Herausforderung für die AF liegt darin, diese Nachbearbeitungsschritte zu automatisieren.

3.3.2.2. Geschwindigkeit

Das enorme Fertigungsgeschwindigkeitspotenzial der Additiven Fertigung entfaltet sich besonders in der Kleinserien- bzw. Einzelserienfertigung (beispielweise bei Zahnimplantaten oder Hörgeräten), die einen hohen Individualisierungsgrad erfordern. Konträr verhält sich das Produktionstempo bei einfachen Bauteilen, deren Fertigung in traditionellen Verfahren wie Stanzen, Schweißen und Spritzgießen noch immer um ein vielfaches schneller und kostengünstiger realisierbar sind (Feldmann & Pumpe, 2016, S. 9–19). Niedrige Baugeschwindigkeiten führen zu einem geringen Output pro Maschine, was wiederum eine Vielzahl an 3D-Druckern erforderlich macht, um die gleiche Anzahl an Bauteilen herzustellen. Wie in Kapitel 2.2.1 beschrieben schließt beispielweise das Polymerisationsverfahren einen simultanen Druck von Bauteilen im selben Bauraum aus, woraus eine Negativbilanz der Baugeschwindigkeit resultiert (Kumke, 2018, S. 22). Neben der Nettobauzeit sollte auch die Vor- und Nachbearbeitungszeiten, wie das Aufheizen, Abkühlen und das teilweise manuelle Entfernen der Stütz-Konstruktionen sowie die teilweise notwendige Oberflächenveredelung, berücksichtigt werden müssen (Gebhardt & Hötter, 2016, S. 467).

3.3.2.3. Produktpiraterie und Urheberrecht

Fastermann und Holland warnen vor einer Zuspitzung der Produktpiraterie-Problematik durch den vermehrten Einsatz von AF-Technologien Da sämtliche Modelldaten in digitaler Form vorliegen, ist es sehr einfach, diese zu kopieren. Einerseits macht die AF- Technologie aufwendige und kostenintensive Fertigungsprozesse obsolet, andererseits kann mithilfe der digitalen Datei jegliches Modell im 3D-Drucker reproduziert werden (Fastermann, 2014, S. 90–92; Holland, Nigischer & Stjepandić, 2017, S. 914). Auch die Perfektionierung des 3D-Scanning vereinfacht den Diebstahl von geistigem Eigentum. Besonders Premiumhersteller mit hohen Forschungs- und Entwicklungsaufwänden laufen Gefahr, Innovationsverluste durch verkürzte Produkteinführungszeiten der Produktpiraterie zu erleiden. Erwartbar sind zudem gesellschaftliche Schäden durch minderwertige Qualitätseigenschaften der Plagiatsprodukte, die beispielsweise im Fahrzeugersatzteilbereich zu schweren Verkehrsunfällen führen könnten (Fastermann, 2014, S. 90–92; Holland et al., 2017, S. 914). Die Frage nach dem Urheberrecht gewinnt mit der zunehmenden Verbreitung von 3D-Druckern an Wichtigkeit. Möglicherweise werden gesetzliche Anpassungen notwendig, um weiterhin einen angemessenen Patentschutz gewährleisten zu können. Da die deutsche Rechtsprechung nur die gewerbliche Nutzung von Patenten schützt, stellen Handlungen im privaten Bereich keine Patentverletzung dar. Dadurch ergibt sich die Problematik der Ausnutzung einer Gesetzeslücke; mithilfe von Raubkopien, die bei Online-Communities erworben werden, können Privatpersonen straffrei ihre eigenen Produkte beziehungsweise Bauteile drucken. Um dieser Produktpiraterie entgegenzuwirken, könnte ein „Digital Rights Management System“ zum Einsatz kommen, wie es bereits in der Softwarebranche Usus ist. Anhand von Seriennummern in der CAD-Datei könnten patentierte Inhalte durch eine Art Druckverweigerung geschützt werden (Fastermann, 2014, S. 90–92; Holland et al., 2017, S. 914).

3.3.2.4. Know-how & Standardisierung

Thompson sieht besonders im fertigungsgerechten Konstruieren ein erhöhtes Risiko für Unternehmen, da etablierte Konstrukteure und Konstrukteurinnen sich seit Jahrzenten an den konventionellen Fertigungsverfahren orientieren und Nachwuchsingenieure und Nachwuchsingenieurinnen in ihrer universitären Ausbildung üblicherweise dieselben traditionellen Methoden vermittelt bekommen. Dadurch kann das Potenzial der gewonnene Designfreiheit durch die AF nicht voll ausgeschöpft werden (Thompson et al., 2016, S. 747–748). Kumke weist in seiner Arbeit darauf hin, dass im Bereich Standardisierung von AF-Technologien ein enormes Forschungs- und Umsetzungspotenzial besteht und bisher unausgeschöpft bleibt. Besonders in den Bereichen Prozess- und Werkstoffzertifizierung empfiehlt sich die Erarbeitung zusätzlicher Standards (Kumke, 2018, S. 23).

3.3.2.5. Ressourcenverbrauch und Nachhaltigkeit

Im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren, wie subtraktiven und formativen Verfahren, erfahren generative Fertigungsverfahren in Bezug auf die Materialauswahl eine gewisse Limitation. Insbesondere können hochfeste Kunststoffe oder Kupfer nicht gedruckt werden. Außerdem unterliegen Materialien für die 3D-Drucker einem vielfach höheren Ausgangspreis als in der konventionellen Fertigung, wodurch sich für Unternehmen oft eine gewisse Unwirtschaftlichkeit in der Serienteilproduktion einstellt. Dadurch kommt es zu Einstiegshürden im Rapid Manufacturing -Prozess. Durch die Zunahme des Wettbewerbs von Anlagenherstellern könnte dieses Risiko jedoch minimiert werden (Weller et al., 2015, S. 45–46). Bei entsprechendem Einsatz der AF kann die Nachhaltigkeitsbilanz positiv beeinflusst werden. Beispielsweise können im Flugzeug- und Fahrzeugbau additiv gefertigte Bauteile zu einer Gewichtsreduktion führen, was wiederum in der gesamten Lebensdauer CO2-Emissionen einspart (Fastermann, 2014, S. 103–113). Gleichzeitig ergeben sich im Kontext der „Produkt- Demokratisierung“ neue Wertschöpfungsmuster, die ökologisch deutlich nachhaltiger sein können, wenn anzunehmen ist, dass sich durch eine Dezentralisierung signifikante Einsparungen in der Logistikkette erreichen lassen. Ein weiterer positiver Aspekt ist eine ressourcenschonende Produktion durch eine Senkung des Materialverbrauchs bei gleichzeitiger Individualisierung. Dadurch resultiert auch die Risikominimierung einer Überproduktion Infolgedessen eröffnen sich zudem neue Möglichkeiten im Reshoring, sprich in der Produktionsrückverlagerung aus Billiglohnländern in die unternehmerische Heimat. Ausgehend von dieser Kontingenz wird in diesem Zusammenhang entscheidend sein, inwieweit die Unternehmen diesen neuen Gestaltungsfreiraum sowohl ökologisch als auch ökonomisch bestmöglich nutzen (Petschow et al., 2014, S. 16–18). Nicht zu vernachlässigen ist jedoch das ökologische Risiko der Verwendung von minderwertigen Materialien beim 3D-Druck, das zu einer kürzeren Produktlebensdauer und somit zu einer erhöhten Aussondierungsfrequenz führen würde. Unklarheit besteht auch noch in der Frage, wie die verschmolzenen Materialien richtig recycelt werden (Feldmann & Pumpe, 2016, S. 55).

3.3.3. Tabellarische Übersicht der wichtigsten Chancen und Risiken

Die nachfolgende Tabellenübersicht bietet eine prägnante Gegenüberstellung der in den vorangegangenen Kapiteln ausführlich beschrieben Chancen und Risiken der additiven Fertigungstechnologie (siehe Tabelle 3). Dabei wurden die Erkenntnisse der fünf relevantesten Fachexpertinnen und -experten aus der Literatur gebündelt. Überdies werden weitere relevante Chancen und Risiken aufgeführt, deren detaillierte Betrachtung den Rahmen dieser Arbeit sprengen würde.

Tabelle 3: Tabellarische Übersicht der Chancen und Risiken der AF-Technologie

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4. Forschungsmethode

In Bezug auf die Forschungsmethodik verfolgt diese Arbeit den qualitativen Forschungsansatz. Die an der häufigsten eingesetzten Methode zur Datenerhebung ist das Interview. Hinlänglich der Ausprägungen der Interviewarten wurde das Experteninnen- bzw. Experteninterview gewählt. Denn in erster Linie geht es darum, den Praxisbezug durch die entsprechende Expertise der Führungskräfte in den Fokus zu stellen. Zudem können diese Einblicke vereinzelt Transparenz in die Unternehmenslandschaft bringen, die sich durch die verbindende Verfahrenstechnik der additiven Fertigung eingrenzt (Meuser & Nagel, 2005, S. 73). Ein quantitativer Forschungszugang wäre in dieser Arbeit insofern nicht zielführend, als Daten über die österreichischen Grenzen hinaus erhoben werden müssten. Eine quantitative Erhebung mittels Fragebogenstudie wäre zwar denkbar, würde jedoch aufgrund der benötigten Stichprobengröße den Rahmen dieser Bachelorarbeit übersteigen. Im Kontext dieser Arbeit wird „Expertise“ relational beschrieben und verstanden; damit ist gemeint, dass sich der Status „Expertin/Experte“ aus dem Tätigkeitsbereich des mittleren und höheren Managements eines ausgewählten Unternehmens ableitet, keinesfalls aber in Abhängigkeit zu einem bestimmten Karriereverlauf oder Ausbildungsweg steht. „Expertise“ wird in diesem Bezugsrahmen übersetzt als hierarchische Verantwortungsposition oder das Verfügen über fachbedeutsames Wissen, was letztendlich einen authentischen Praxiseinblick (Meuser & Nagel, 2005, S. 73– 74). Leitfadeninterviews erscheinen im Kontext dieser Arbeit zielführend, zumal eine lockere und unbürokratische Gesprächsführung die Authentizität des Gegenübers wahrt und den Wahrheitsgehalt der Antworten hochhält (Meuser & Nagel, 2005, S. 77). Die Durchführung der Forschungsmethodik erfolgt im Rahmen dieser Arbeit größtenteils nach Meuser und Nagel. Für die Niederschrift der Interviews wurde das Vereinfachte Transkriptionssystem nach Dresing & Pehl verwendet (Dresing & Pehl, 2017, S. 20–25).

4.1. Vorbereitung

Auf Basis einer im Vorfeld durchgeführten umfangreichen Internetrecherche der 100 größten produzierenden Unternehmen Österreichs wurde nach dem höchsten Potenzial in der Additiven Fertigung selektiert. Darauf erfolgte eine Kontaktaufnahme mit den einzelnen Unternehmen und eine Analyse derer. Zusätzliches Rekrutierungs- und Vernetzungsinstrument war der Besuch des Austrian 3D-printing Forum in Wien. Mindestanforderungen für die Klassifizierung eines Expertinnen- bzw. Expertenstatus im Sinne dieser Studie waren 3-5 Jahre einschlägige Praxiserfahrung und eine (Führungs-) position mit direktem und überwiegendem Bezug zur Additiven Fertigung. Bei der Auswahl der Interviewpartner/innen stand eine repräsentative Mischung aus Forschung und Praxis im Vordergrund. So wurden zu 80 % Expertinnen und Experten aus der Praxis und 20 % Fachleute aus der Wissenschaft ausgewählt, die sich intensiv mit der Thematik der Additiven Fertigung in österreichischen Produktionsunternehmen beschäftigen.

Wichtigstes Auswahlkriterium hinsichtlich der Institutionen war der besondere Stellenwert der Additiven Fertigung im Unternehmen, um ausreichendes Know-how in Form von Personal, Anlagen und Wissen zu gewährleisten. Das gesamte Auswahlverfahren diente dazu, möglichst fundierte Erkenntnisse und Ergebnisse zu erhalten. Wie bereits aus dem Theorieteil dieser Arbeit ersichtlich, kommt der generativen Fertigung besonders in Großunternehmen Stellenwert zu. Aus dieser Tatsache leitet sich auch die prozentuelle Verteilung (ca. zwei Drittel Großunternehmen, ein Drittel KMUs) der Unternehmensgrößenauswahl ab. Gemäß dem Repräsentativitätsgrundsatz dieser Arbeit wurden Produktionsunternehmen aus den verschiedensten Bundesländern von Wien bis Vorarlberg befragt. Unter den befragten Unternehmen befinden sich sowohl klassische Zulieferer, Maschinenbauer, Druckdienstleister als auch Unternehmen aus der Gebrauchsgüter-Industrie. Grundlage der qualitativen Studie ist der im Anhang einsehbare eigens konstruierte Interviewleitfaden.

4.2. Erhebung und Aufbereitung

Befragungszeitraum war Mai bis Juni 2019, in dem insgesamt 42 Expertinnen und Experten aus Praxis und Forschung kontaktiert wurden, von denen sich schlussendlich 12 Fachpersonen zu einer Befragung bereiterklärten. Dies entspricht einer Rücklaufquote von 28,6 %. Eine detaillierte Vorstellung der Expertinnen und Experten folgt in Kapitel 4.4. Aus Gründen der Diskretion wollten manche Interviewpartner/innen anonym bleiben, weshalb diese lediglich mithilfe der Teilnehmernummer identifiziert werden können. Die Durchführung der Interviews erfolgte sowohl persönlich als auch mithilfe von Skype, wobei ein Diktiergerät den Gesprächsverlauf aufzeichnete. Im Anschluss an die Interviews unterzeichneten die Befragten jeweils eine bereits im Vorfeld erhaltene Einwilligungserklärung. Nach der Erhebung fand eine Erstellung der Rohdaten statt. Dabei wurden die Audioaufzeichnungen transkribiert und in einem weiteren Schritt bereinigt (beispielsweise Korrektur von Versprechern, etc.). Sämtliche Interview-Transkripte können im Anhang eingesehen werden (Döring & Bortz, 2016, S. 580– 584).

4.3. Analyse

Da die qualitative Analyse ein wesentlicher Bestandteil dieser Forschungsarbeit darstellt, empfahl sich die Verwendung einer qualitativen Datenanalyse-Software, in diesem Fall MAXQDA 2018 (Dresing & Pehl, 2017, S. 32). Thematische Codierungen erleichterten dabei den Vergleich der getroffenen Aussagen und die Identifizierung von übergeordneten Mustern (Meuser & Nagel, 2005, S. 80–91). In Tabelle 4 sind thematische Schwerpunkte der Interviewanalyse dargestellt. Gleichzeitig gibt die Übersicht Aufschluss darüber, welche Frage der jeweiligen Codierung zugrunde liegt.

Tabelle 4: Thematische Codierungen der Interviewanalyse

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im Anschluss an die Abhaltung der Interviews und die Fragencodierung erfolgte eine gegenstandsbezogene Theoriegenerierung, indem mithilfe der Codes die forschungsrelevanten Ergebnisse (Chancen und Risiken) miteinander verknüpft und in Beziehung gesetzt wurden. Die daraus resultierenden Erkenntnisse aus der Praxis finden sich unter Berücksichtigung der literaturrelevanten Theorien in Kapitel 5.

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