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Andrea Kampmann, Additive Fertigung - Kennzeichnung, Anwendung und kostenrechnerische Erfassung in:

Controlling, page 39 - 42

CON, Volume 31 (2019), Issue 5, ISSN: 0935-0381, ISSN online: 0935-0381, https://doi.org/10.15358/0935-0381-2019-5-39

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Einsatz Nachbearbeitung Entnahme des Produktes Fertigung Vorbereitung der Maschine Datei- übertragung Umwandlung des Dateiformats Design Abb. 1: Allgemeines Prozessmodell der additiven Fertigung (in Anlehnung an Baumers/Tuck, 2019, S. 71) Additive Fertigung – Kennzeichnung, Anwendung und kostenrechnerische Erfassung Andrea Kampmann, M.Sc. Andrea Kampmann Kennzeichnung der additiven Fertigung Die additive Fertigung ist ein Fertigungsverfahren, bei dem verschiedene Materialien Schicht für Schicht aufgetragen werden, bis ein dreidimensionales Objekt entsteht. Im Rahmen der additiven Fertigung werden unterschiedliche Materialien wie Kunststoffe, Metalle, Glas und Gummi, aber auch Schokolade, Knochen oder Medikamente verarbeitet (vgl. Cole, 2017, S. 169). Im Vorfeld der und im Anschluss an die Fertigung des gewünschten Objektes sind einige Prozessschritte notwendig. Eine Übersicht eines allgemeinen Prozessmodells ist in Abb. 1 dargestellt. Zunächst wird das Design des zu fertigenden Objektes am Computer festgelegt, wobei eine CAD-Datei entsteht. Daraufhin wird die CAD-Datei in ein STL-Format umgewandelt, welches die Daten für die additive Fertigung bereitstellt. Die Dateien werden übertragen und die Maschine wird vorbereitet. Im nächsten Schritt findet die Fertigung des Objektes statt. Nach der Fertigung kann das Objekt entnommen und bei Bedarf nachbearbeitet werden. Im finalen Schritt wird das Objekt seinem Zweck entsprechend eingesetzt (vgl. Baumers/Tuck, 2019, S. 71). Anwendung der additiven Fertigung Die additive Fertigung wurde in den 1980er Jahren vor allem für die Produktion von Prototypen eingesetzt. Seither gab es einige Fortschritte: Die Leistung der Maschinen wurde verbessert, die Auswahl an Materialien ist stetig gewachsen und die Preise für Drucker und Materialien sind gesunken. So wird die additive Fertigung zunehmend auch in weiteren Bereichen angewendet: Insbesondere für die Fertigung komplexer Produkte in kleiner Stückzahl gewinnt die additive Fertigung an Relevanz (vgl. Manyika et al., 2013, S. 105–113). Zudem wird die additive Fertigung in der Flugzeug- und Automobilindustrie zur Produktion von leichten Komponenten genutzt. Unternehmen wie Airbus, Boeing und Rolls-Royce verwenden dieses Fertigungsverfahren bereits (vgl. Ghadge et al., 2018, S. 848 f.). Abb. 2 gibt eine Übersicht über die Vorteile und Limitationen der additiven Fertigung. Die additive Fertigung ermöglicht die schnellere Herstellung von detailreicheren Prototypen, sodass eine Rückmeldung zu dem jeweiligen Objekt zügiger und in einer besseren Qualität zurückgespielt werden kann. Dadurch wird die Entwicklung von Produktinnovationen beschleunigt und vereinfacht. Des Weiteren ist bei der additiven Fertigung die Hinzunahme von zusätzlichen, speziellen Werkzeugen, Formen oder Komponenten nicht mehr notwendig. Dieser Wegfall der Werkzeugkosten führt zu der Möglichkeit, auch in kleinerer Stückzahl effizient zu produzieren. Zudem ermöglicht die additive Fertigung die Produktion komplizierterer Formen, da Geometrien, die mit herkömmlichen Verfahren nicht gefertigt werden können, nun nutzbar sind. In diesem Zusammenhang wird auch häufig von Geometriefreiheit gesprochen. Die genannten Vorteile werden bereits bei der Produktion kundenindividueller Produkte wie COMPACT 31. JAHRGANG 2019 · 5/2019 39 Vorteile Limitationen Beschleunigung und Vereinfachung von Produktinnovationen Unzureichende Qualitätsstandards Zusätzliche Werkzeuge oder Formen sind nicht erforderlich Eingeschränkte Reproduzierbarkeit von Teilen Keine Kostenzuschläge bei einer erhöhten Produktvariation Hohe Maschinen- und Materialkosten Flexibilität beim Design und bei der Bedienung Hoher Kalibrierungsaufwand Lokale Produktion und reduzierter Bedarf an Lagerbeständen Notwendigkeit von Vor- und Nachbearbeitung Weniger Ausschuss und weniger Rohstoffbedarf Eigentumsrechte und Gewährleistungsbeschränkungen Abb. 2: Vorteile und Limitationen der additiven Fertigung (in Anlehnung an Ghadge et al., 2018, S. 849) beispielsweise Hörgerätschalen, Prothesen und Alignern in der Kieferorthopädie genutzt (vgl. Spallek/Krause, 2017, S. 71–73). Des Weiteren hat die additive Fertigung einen Einfluss auf die Produktion: Die lokale Produktion, die durch die additive Fertigung ermöglicht wird, führt zu einer Reduzierung an notwendigen Lagerbeständen. Zudem sorgt die additive Fertigung für Planungssicherheit in der Logistik, da einzelne Komponenten bei Bedarf lokal gedruckt werden können. In diesem Zusammenhang hat eine Studie von Ghadge et al. (2018) im Bereich der Luftfahrt ergeben, dass die Nutzung der additiven Fertigung für Flugzeugersatzteile die Kosten der Logistik und des Bestandsmanagements deutlich reduziert. Des Weiteren entsteht bei der additiven Fertigung weniger Ausschuss. Im Vergleich zu klassischen Verfahren ist außerdem der Rohstoffbedarf geringer, was eine ressourcenschonendere und damit effizientere und umweltfreundlichere Fertigung unterstützt (vgl. Ghadge et al., 2018, S. 848 f.). Diesen Vorteilen stehen einige Limitationen gegenüber. Bisher gibt es beispielsweise keinen weltweit anerkannten Qualitätsstandard für die hergestellten Teile. Aus sicherheitstechnischer Betrachtung bedarf es daher noch einiger Forschungsergebnisse, bis allgemeine Standards etabliert sind. Beispielsweise sind die Langlebigkeit und Bauqualität vieler Objekte der additiven Fertigung bisher unerforscht. Neben diesen Qualitätsaspekten können auch noch nicht alle Teile kosteneffizient gefertigt werden, da die Kosten für die Maschinen und das Material teilweise sehr hoch sind. Zudem sind bestehende additive Fertigungssysteme teilweise sehr langsam, was höhere Kosten je Stück verursacht. Daneben haben die Maschinen einen hohen Kalibrierungsaufwand, was den Aufbau von Knowhow erfordert und die Notwendigkeit einer Vorarbeit an der Maschine bedingt. Daneben kann zudem ein Bedarf der Nachbearbeitung des Objektes entstehen, was den Prozess der additiven Fertigung verlängert. Eine weitere Einschränkung liegt in den Eigentumsrechten im Hinblick auf geistiges Eigentum und bei Haftungsfragen. Bei der additiven Fertigung von Ersatzteilen ist beispielsweise unklar, wer die rechtlichen und finanziellen Konsequenzen trägt, wenn ein Teil falsch gedruckt wird (vgl. Ghadge et al., 2018, S. 848 f.). Kostenrechnerische Erfassung der additiven Fertigung Bei der Bestimmung der Kosten der additiven Fertigung sollte im ersten Schritt festgelegt werden, inwieweit die Kosten, die vor und nach der Fertigung entstehen, im Kostenmodell zu berücksichtigen sind. Die Kosten, die vor der Fertigung entstehen, d. h. beim Design, der Umwandlung der Formate und dem Starten der Maschine, können als KEx-ante bezeichnet werden. Die Kosten, die nach der Fertigung entstehen, d. h. bei der Entnahme oder der Nachbearbeitung, können unter KEx-post subsumiert werden. Die Kosten, die während der Fertigung entstehen, können KFertigung genannt werden. Die Gesamtkosten im Rahmen des Prozessmodells ergeben sich daher durch die Addition der drei Komponenten: KEx-ante + KFertigung + KEx-post. Im Folgenden werden insbesondere die Kosten aufgeschlüsselt, die während der Fertigung des Objektes entstehen (KFertigung). In Abb. 3 wird ein prozessorientiertes Kostenmodell zur Bestimmung der Kosten der additiven Fertigung dargestellt. Das Kostenmodell ist so aufgebaut, dass die Kosten pro Stück des hergestellten Objektes ermittelt werden. Die Gesamtkosten der additiven Fertigung setzen sich aus direkten und indirekten Kosten zusammen. Die direkten Kosten entstehen unmittelbar aus dem Verbrauch von Ressourcen für die Herstellung des Objektes. Teilweise werden auch Stromkosten unter die direkten Kosten subsumiert. ADDITIVE FERTIGUNG – KENNZEICHNUNG, ANWENDUNG UND KOSTENRECHNERISCHE ERFASSUNG 40 CONTROLLING – ZEITSCHRIFT FÜR ERFOLGSORIENTIERTE UNTERNEHMENSSTEUERUNG Menge des Rohstoffs (kg) Preis des Rohstoffs (€/kg) Direkte Kosten Kostensatz der indirekten Kosten (€ pro Std.) Zeitbedarf des Drucks (Std.) Indirekte Kosten Gesamtkosten Kosten pro Stück (€ pro Stk.) Anzahl der hergestellten Objekte Abb. 3: Übersicht eines prozessorientierten Modells zur Bestimmung der Kosten der additiven Fertigung (in Anlehnung an Baumers/Tuck, 2019, S. 70) Daneben gehen auch die indirekten Kosten in die Gesamtkosten ein. Diese setzen sich aus einem Kostensatz der indirekten Kosten, der in Euro pro Stunde angegeben wird, und der Zeit, die die Fertigung benötigt, zusammen. Indirekte Kosten stellen beispielsweise die Abschreibung der Maschine, die Einarbeitungskosten für Mitarbeiter, Kosten für Techniker, Raummiete und Softwarelizenzen dar. Die indirekten Kosten fallen häufig jährlich an. Sie können über die Betriebsstunden der Maschine pro Jahr auf die Stunde verrechnet werden. Bei der Bestimmung des Zeitbedarfs für den Druck sind insbesondere zwei Faktoren als Einflussgrößen bekannt: die Geometrie des zu druckenden Objektes und die Zusammensetzung des Materials. Bei der Bestimmung des Zeitbedarfs sollte auch die Zeit, die zum Aufwärmen und Abkühlen der Maschine benötigt wird und in der keine andere Aktivität vorgenommen werden kann, berücksichtigt werden. Wie oben geschildert, ergeben sich die Gesamtkosten der Fertigung aus der Addition der direkten und indirekten Kosten. Für den Fall, dass mehrere gedruckte Objekte die gleiche Geometrie haben, können die Gesamtkosten durch die Anzahl der insgesamt hergestellten Objekte dividiert werden, sodass sich die finalen Stückkosten ergeben. Für den Fall, dass unterschiedliche Objekte mit verschiedenen Geometrien erstellt werden, können die Kosten pro Stück über den Anteil eines Objektes am gesamten Volumen der Fertigung verrechnet werden (vgl. Baumers/Tuck, 2019, S. 69–74). Insgesamt ist festzuhalten, dass unterschiedliche Parameter der Fertigung, wie die Geometrie, die Geschwindigkeit und die Anzahl an Produktvarianten einen Einfluss auf die Kosten der Fertigung haben. Auch die Kosten, die vor und nach der Fertigung entstehen, können beispielsweise in Abhängigkeit des Fertigungsverfahrens, des Materials oder der Ansprüche an die Qualität erheblich voneinander abweichen. Für die Bestimmung der Kosten ist daher Expertise in Bezug auf die unterschiedlichen Parameter der Fertigung, wie beispielsweise das Fertigungsverfahren, die Materialien und den Prozess notwendig. Fazit Die additive Fertigung wird bereits jetzt im Prototypenbau angewendet, sie ermöglicht die Produktion einer Vielzahl individualisierter Objekte und sie ermöglicht die Fertigung von leichten Komponenten. Aufgrund dieser und weiterer Vorteile wird der additiven Fertigung laut einer Studie von McKinsey & Company eine Wirtschaftsleistung von bis zu 550 Milliarden US-Dollar bis 2025 attestiert (vgl. Manyika et al., 2013, S. 110). Auch Cole (2017) schätzt die Wichtigkeit der additiven Fertigung hoch ein: „,additive Manufacturing‘, wie die Technik im Englischen heißt, hat wirklich das Zeug zu einer eigenen industriellen Revolution, nämlich das Ende der Massenfertigung“ (Cole, 2017, S. 169). Aktuell gibt es noch einige Einschränkungen, wie teilweise fehlende Sicherheitsstandards, und offene Fragen rund um die Themen Haftung und Eigentumsrechte, die perspektivisch geklärt werden müssen. Zur kostenseitigen Abbildung der additiven Fertigung, können die unterschiedlichen Kosten, die während des gesamten Prozesses anfallen, addiert werden (KEx-ante + KFertigung + KEx-post). Zur Bestimmung der Kosten der Fertigung (KFertigung) kann ein prozessorientiertes Kostenmodell angewendet werden. COMPACT 31. JAHRGANG 2019 · 5/2019 41 Erhältlich im Buchhandel oder bei: vahlen.de | Verlag Franz Vahlen GmbH · 80791 München kundenservice@beck.de | Preise inkl. MwSt. | 170355 P o rt o fr e ie L ie fe ru n g va h le n .d e /2 23 25 6 6 8 Der perfekte Einstieg in das Thema New Work. Marc Spenlé, CIO Vodafone Deutschland Burkhardt/Sauberschwarz/Lanzer/Sauberschwarz/Weiß Good Job! 2019. 153 Seiten. Kartoniert € 19,80 ISBN 978-3-8006-5653-0 New Work ist zum Schlagwort unserer Zeit geworden. Unternehmen versuchen bereits, auf die Herausforderungen der neuen Arbeitswelt zu reagieren. Leider geschieht dies häufig mit zu stumpfen Werkzeugen. Höchste Zeit also für neue Impulse. Nach dem Motto »Reflexion statt Reflex« nimmt dieses Buch bestehende Paradigmen mit einem Augenzwinkern aufs Korn, hebelt verkrustete Denkweisen der heutigen Arbeitswelt aus und lässt den Leser pointiert zur Einsicht kommen: »Es geht auch anders«. Die Autoren führen durch zahlreiche Praxisbeispiele und ordnen Ergebnisse aktueller Studien aufschlussreich ein. Provokativ und auf den Punkt! Timo Salzsieder, CIO, Metro Literatur Baumers, M./Tuck, C., Developing an Understanding of the Cost of Additive Manufacturing, in: Pei, E./Monzón, M./Bernard, A. (Hrsg.), Additive Manufacturing – Developments in Training and Education, Cham 2019, S. 67–83. Cole, T., Digitale Transformation: Warum die deutsche Wirtschaft gerade die digitale Zukunft verschläft und was jetzt getan werden muss!, 2. Aufl., München 2017. Ghadge, A./Karantoni, G./Chaudhuri, A./Srinivasan, A., Impact of additive manufacturing on aircraft supply chain performance: A system dynamics approach, in: Journal of Manufacturing Technology Management, 29. Jg. (2018), H. 5, S. 846–865. Manyika, J./Chui, M./Bughin, J./Dobbs, R./Bisson, P./Marrs, A., Disruptive technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy, in: McKinsey Global Institute, San Francisco 2013. Spallek, J./Krause, D., Entwicklung individualisierter Produkte durch den Einsatz Additiver Fertigung, in: Lachmayer, R./Lippert R. B. (Hrsg.), Additive Manufacturing Quantifiziert: Visionäre Anwendungen und Stand der Technik, Berlin 2017, S. 69–83. ADDITIVE FERTIGUNG – KENNZEICHNUNG, ANWENDUNG UND KOSTENRECHNERISCHE ERFASSUNG 42 CONTROLLING – ZEITSCHRIFT FÜR ERFOLGSORIENTIERTE UNTERNEHMENSSTEUERUNG

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Abstract

Month by month, Controlling - Zeitschrift für erfolgsorientierte Unternehmenssteuerung publishes peer-reviewed, applied research contributions for business management, accounting and reporting. Key elements of succesful corporate controlling are presented in an analytic, well-structured manner.

Language: German.

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Zusammenfassung

Die Controlling - Zeitschrift für erfolgsorientierte Unternehmenssteuerung liefert Monat für Monat fundierte und anwendungsorientierte Fachbeiträge für das Management sowie das Finanz- und Rechnungswesen in Unternehmen. Klar gegliedert und strukturiert werden für alle Controlling-Bereiche die Faktoren für eine erfolgreiche Unternehmenssteuerung aufgezeigt.

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