Skalierung der additiven Fertigung in der Öl- und Gasindustrie: Vom Prototypenbau bis zur digitalen Lieferkette

7. April 2026 | Lesezeit: 5 Min.

Die Öl- und Gasindustrie weckt oft Assoziationen mit riesigen Stahlkonstruktionen, schweren Gussteilen und altgedienter Technik, die seit Jahrzehnten im Einsatz ist. In der ExxonMobil-Raffinerie in Baton Rouge sind einige Kompressoren bereits seit 1938 in Betrieb. Doch hinter den Kulissen dieser traditionellen Betriebsabläufe vollzieht sich eine digitale Revolution. Christopher Beeson, der Leiter für Spezialmaschinen und Additive Fertigung (AM) in Baton Rouge, steht an der Spitze dieses Wandels. Mit über 30 Jahren Erfahrung, die er im manuellen Schweißen begann, versteht Beeson die physikalischen Eigenschaften von Metall. Heute setzt er sich für eine Zukunft ein, in der Ersatzteile hauptsächlich als digitale Dateien in der Cloud existieren.

ExxonMobil hat die Experimentierphase des 3D-Drucks hinter sich gelassen. Das Unternehmen vollzieht derzeit den Übergang von zentralisierten Forschungslabors hin zu einem dezentralen, standortorientierten Modell, bei dem einzelne Raffinerien eigenständig handeln. Diese Entwicklung markiert einen bedeutenden Wendepunkt für die Branche und belegt, dass die additive Fertigung mittlerweile ein unverzichtbares Instrument für die Aufrechterhaltung der globalen Energieinfrastruktur ist.

Der strategische Wandel von den Unternehmenslabors hin zur Umsetzung vor Ort

ExxonMobil begann seine Reise mit zentralisierten AM-Labors in Houston, Texas, und Clinton, New Jersey. Diese Einrichtungen konzentrierten sich auf Nichtmetalle und die frühe Prototypenentwicklung. Diese Labors bildeten zwar eine notwendige Grundlage, doch der wahre Wert der additiven Fertigung liegt in der Praxis. Die Einführung der Norm API 20S im Jahr 2021 war der wichtigste Auslöser für den Wandel. Diese Norm schuf den ersten umfassenden Rahmen für additiv gefertigte Metallkomponenten in der Öl- und Gasindustrie.

Nachdem API 20S einen Weg zur Qualifizierung geebnet hatte, erkannte ExxonMobil, dass die Laser-Pulverbettfusion (LPBF) die Dichte und Zuverlässigkeit herkömmlicher Gussverfahren übertroffen hatte. Die Technologie hatte einen Reifegrad erreicht, der es der Unternehmenszentrale ermöglichte, die Verantwortung an die einzelnen Standorte zu übertragen. „Die Skalierung der additiven Fertigung ist meine Aufgabe“, sagt Beeson und merkt an, dass sich der Fokus nun auf die Standorte in Nordamerika und Singapur verlagert hat, wo der Bedarf an sofort verfügbaren, hochwertigen Bauteilen am größten ist.

Die Abschaffung der Lagersteuer durch digitale Lieferketten

Der finanzielle Antrieb für die Skalierung der additiven Fertigung ist die Senkung der „Lagerstellensteuer“. Öl- und Gasriesen geben jedes Jahr Milliarden von Dollar für die Lagerung physischer Teile aus, die sie möglicherweise nie verwenden werden. Eine interne Studie zu Pumpenlaufrädern ergab, dass 40 % der gelagerten Einheiten letztendlich verschrottet oder nie in Betrieb genommen wurden, weil Ingenieure die Pumpen neu dimensionierten oder ganze Systeme ersetzten. Durch die Umstellung auf ein digitales Lieferantennetzwerk kann ExxonMobil den Bedarf an riesigen physischen Lagern beseitigen.

Um dies zu erreichen, arbeitet ExxonMobil mit Wettbewerbern wie Shell und ConocoPhillips über eine branchenweite „digitale Cloud“ namens Field Node zusammen. In dieser Umgebung tauschen die Unternehmen nicht-proprietäre 3D-Dateien aus. Wenn beispielsweise ein gängiges Pumpengehäuse ausfällt, kann ein Ingenieur in der Cloud nachsehen, ob ein anderes Unternehmen das Teil bereits gescannt und freigegeben hat. Diese Zusammenarbeit ermöglicht es ExxonMobil, die kostspielige Reverse-Engineering-Phase zu überspringen und direkt mit der Produktion zu beginnen. Ein vertrauenswürdiges Netzwerk geprüfter Druckereien, darunter Oerlikon und Quintus, steht bereit, um diese Teile auf Abruf zu drucken.

Bewährte Technologien und neue Horizonte

Während LPBF nach wie vor der etablierte Standard für komplexe, dichte Bauteile wie Laufräder ist, gewinnen andere Technologien rasch an Boden. Die Draht-Lichtbogen-Additive Fertigung (WAAM) und die gerichtete Energieabscheidung (DED) stellen wachsende Bereiche für die Branche dar. Diese Verfahren eignen sich ideal für den Ersatz großer, veralteter Gusseisenbauteile, die oft eine Höhe von 1,20 bis 1,50 Metern erreichen.

Bisher dauerte die Beschaffung eines großen Gussteils oft 12 bis 14 Monate. Dank des industriellen 3D-Drucks können Raffinerien nun innerhalb weniger Wochen einen funktionsfähigen Ersatz herstellen. ExxonMobil erweitert zudem kontinuierlich die Grenzen der Materialtechnik. In Zusammenarbeit mit Partnern wie Sandvik entwickelt das Unternehmen eigene Pulver, die speziell für die rauen Umgebungsbedingungen in Raffinerien, wie beispielsweise Pyrolyseöfen, ausgelegt sind.

Beeson argumentiert, dass LPBF dem Gussverfahren „überaus überlegen“ sei, und deutet an, dass die Branche nur aus Gewohnheit an traditionellen Methoden festhalte und nicht wegen ihrer Leistungsfähigkeit.

Die Herausforderung der Personalbeschaffung durch lokale Partnerschaften bewältigen

Die Skalierung dieser Technologie erfordert qualifizierte Arbeitskräfte, doch die meisten Maschinenbauingenieure an den bestehenden Standorten verfügen über wenig Erfahrung im Bereich des additiven Designs. Darüber hinaus fehlt es der Branche derzeit an einem offiziell anerkannten „Handwerksberuf“ für 3D-Drucktechniker. Um diese Lücke zu schließen, engagiert sich ExxonMobil federführend in der Louisiana Additive Manufacturing Association (LAMA). Ziel dieser Partnerschaft ist der Aufbau eines Kompetenzzentrums (Center of Excellence, COE) in Baton Rouge.

Das COE fungiert als „Drei-in-Eins“-Instrument für die Region. Es bietet Ingenieuren von ExxonMobil praktische Schulungen, verschafft dem Standort Zugang zu Druckern in Industriequalität und fördert die wirtschaftliche Entwicklung. Studierende lokaler Universitäten wie der LSU können sich für verschiedene Druckermarken wie EOS und Velo3D zertifizieren lassen. Dadurch sind sie im wachsenden Fertigungssektor sofort einsatzbereit.

Auch die wirtschaftlichen Aspekte der Partnerschaft sind überzeugend. Eine LAMA-Mitgliedschaft der höchsten Stufe bietet 5.000 kostenlose Druckstunden, wodurch sich die Kosten für ein Laufrad im Wert von 16.000 Dollar auf lediglich den Preis des Pulvers reduzieren lassen.

Den Engpass bei der digitalen Bereitschaft überwinden

Trotz der Fortschritte bleibt eine erhebliche „Workflow-Lücke“ der größte Engpass für eine flächendeckende Einführung. Der Weg von einem rohen 3D-Scan zu einer druckfertigen Datei erfordert die Klärung zahlreicher technischer Fragen hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit, Prüfprotokollen und Nachbearbeitung. Um dieses Problem zu lösen, hat die International Association of Oil and Gas Producers (IOGP) den Joint Industry Sprint (JIS O2) ins Leben gerufen.

Im Rahmen dieser Initiative wird mithilfe von Digital Readiness Levels (DRL) ein „digitaler Pass“ für Bauteile erstellt. Ein Bauteil der Stufe DRL 1 enthält grundlegende Scandaten und Materialprüfungen, während ein Bauteil der Stufe DRL 3 ein vollständiges digitales Paket darstellt. Es umfasst Prüfpläne und Rauheitsspezifikationen.

Das ultimative Ziel ist ein System zur Angebotsanfrage per Knopfdruck. Sobald das digitale Paket fertiggestellt ist, muss der Projektleiter lediglich auf eine Schaltfläche klicken, um die Spezifikationen an einen qualifizierten Anbieter zu senden – wodurch wochenlange administrative Hin- und Her-Kommunikation entfällt.