Zölle, KI und Robotik: Zukünftige Trends in der Additiven Fertigung

In einer spannenden Folge des Additive Snack Podcasts führte Gastgeber Fabian Alefeld ein umfassendes Gespräch mit Doug Woods, dem Präsidenten der Association For Manufacturing Technology.

Die Diskussion befasste sich mit Woods' umfangreichem Hintergrund in der Fertigung, dem transformativen Potenzial von Technologien wie künstlicher Intelligenz (KI) und Robotik, dem innovativen Konzept des Omniversums und der sich verändernden globalen Landschaft von Lieferketten und Reshoring.

Von den familiären Wurzeln zur Branchenführerschaft: Doug Woods' Reise in die Fertigung

Das Eintauchen von Doug Woods in die Welt der Fertigung war fast schon vorprogrammiert, ein Weg, der ihm "in die Wiege gelegt" wurde, und nicht einer, den er aktiv gesucht hat. Sein Großvater wanderte in den frühen 1920er Jahren aus dem Schwarzwald aus und war 1947 Mitbegründer eines Werkzeug- und Formenbauunternehmens in Rochester, New York. Dieses Unternehmen florierte in Rochester, der Hochburg des verarbeitenden Gewerbes, in der Giganten wie Kodak und Xerox beheimatet waren, und wuchs bis 1977 auf 1.200 Mitarbeiter und einen Umsatz von 150 Millionen Dollar an.

Woods verbrachte seine Zeit in verschiedenen Abteilungen des Familienunternehmens, darunter Präzisionsbearbeitung, Maschinenumbau, Formenbau, Metallstanzen, Dichtheitsprüfsysteme und ein Automatisierungsunternehmen. Sein formaler Einstieg begann im Alter von 15 Jahren im Werkzeugbau, ein strategischer Schachzug seines Großvaters, der es ihm ermöglichte, die Fachsprache der Fertigung zu erlernen - von Gewindebohrern und Zylinderkopfschrauben bis hin zu Einsätzen - und Kontakte zur Belegschaft zu knüpfen. Diese praktische Erfahrung setzte sich in den Sommern während der Schul- und Studienzeit fort. Dieser frühe und umfassende Kontakt mit allen Facetten der Fertigung prägte seine Sichtweise und seine Führungsqualitäten.

Die Herausforderung für die Arbeitskräfte und die Kraft der Höherqualifizierung

Ein immer wiederkehrendes Thema in Woods' Erfahrung, von der Zeit seines Großvaters bis heute, ist die anhaltende Herausforderung, qualifizierte, ausgebildete Mitarbeiter in der Fertigung zu finden. Er betonte, dass Unternehmen nicht auf externe Lösungen warten können, sondern selbst die Initiative ergreifen müssen, um ihre Arbeitskräfte durch Lehrlingsprogramme, Co-oping oder die Nutzung von Online-Lernplattformen zu entwickeln.

Woods ist der Ansicht, dass die für die Weiterqualifizierung zur Verfügung stehenden Instrumente fortschrittlicher denn je sind. Online-Ressourcen, Augmented Reality, Spiele und künstliche Intelligenz (KI) bieten neue Möglichkeiten für die Qualifikation und Qualifizierung von Personen. Er bezeichnete die "Maker-Bewegung", die durch die additive Fertigung (AM) beflügelt wurde, als eine wichtige Kraft, die neue Talente in den Fertigungsbereich bringt. Durch die Verfügbarkeit von 3D-Druckern in Bildungseinrichtungen werden Studenten schon früh mit innovativen Fertigungsmethoden und Designdenken vertraut gemacht.

KI in der Fertigung: Von generativ zu agentenbasiert

Woods berichtete von seinen Besuchen auf der GTC-Konferenz von Nvidia, auf der die direkte Verbindung zwischen fortschrittlicher KI-Entwicklung und Fertigung deutlich wurde. Er wies auf den Blackwell-Chip von Nvidia hin, der die für komplexe KI-Anwendungen erforderliche Rechenleistung ermöglicht.

Zwei wichtige KI-Konzepte, die erörtert wurden, waren generative KI und agentenbasierte KI. In der AM könnte generative KI Tausende von Variablen von Sensoren (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Stromverbrauch) analysieren, um Prozessverbesserungen vorzuschlagen. Agentische KI könnte die Maschine in die Lage versetzen, sich auf der Grundlage dieser Daten selbst anzupassen und Parameter ohne vorprogrammierte Algorithmen für jedes Szenario zu optimieren. Diese Fähigkeit ist von entscheidender Bedeutung, da die Hersteller versuchen, komplexe Prozesse mit zahlreichen voneinander abhängigen Variablen zu optimieren, was möglicherweise zur Entwicklung neuer Legierungen und Materialzusammensetzungen führt.

Das Omniversum: Simulation und Optimierung komplexer Fertigungsprozesse

Woods erläuterte Nvidias Omniverse als eine Umgebung zur Integration digitaler Zwillinge von Maschinen, Anlagen und ganzen Fabriken, die in einer virtuellen Welt mit präziser Physik, Kinematik und Chemie zusammenarbeiten können. Dies ermöglicht die Ausführung von Millionen von Zyklen synthetischer Daten, um Prozesse zu optimieren, neue Materialien zu entwickeln (z. B. neue Pulver für AM) und Fabriklayouts zu entwerfen, bevor erhebliche Investitionen getätigt werden.

Ein Unternehmen wie Kebo in Kanada nutzt beispielsweise KI und automatisierte Prüfstände, um neue Elemente zu entdecken; diese Prüfstände können im Omniversum virtuell skaliert werden, um die Forschung drastisch zu beschleunigen. Dies ermöglicht ein schnelles Prototyping und eine schnelle Problemlösung, z. B. die Simulation von Triebwerksausfällen unter bestimmten Bedingungen ohne kostspielige physische Versuche. Woods geht davon aus, dass derartige Möglichkeiten innerhalb von zwei bis drei Jahren alltäglich werden.

Robotik: Von der Industrie zum Humanoiden

Woods kategorisierte die Robotik in traditionelle Industrieroboter und den aufstrebenden Bereich der humanoiden Robotik. Während Industrieroboter bereits ein fester Bestandteil der Fertigung sind und ihre eigenen KI-gesteuerten Verbesserungen erfahren, erregt die humanoide Robotik aufgrund ihres Potenzials, die menschliche Geschicklichkeit zu emulieren und in menschenzentrierten Umgebungen zu arbeiten, große Aufmerksamkeit.

Die Entwicklung humanoider Roboter treibt Innovationen in den Bereichen Sensortechnik, Miniaturisierung von Komponenten (Motoren, Antriebe), Energieeffizienz und Batterietechnologie voran. Diese Fortschritte haben zusätzliche Vorteile, einschließlich medizinischer Anwendungen wie Prothetik. Auch wenn die breite Einführung von humanoiden Robotern in der Fertigung noch in weiter Ferne liegt, beschleunigen die Investitionen in diesem Bereich den Fortschritt in zahlreichen verwandten Branchen. AM spielt hier eine Schlüsselrolle, da es die Herstellung komplexer, leichter Komponenten, kundenspezifischer Formfaktoren und von Teilen aus mehreren Materialien ermöglicht, die für die Entwicklung von Robotern unerlässlich sind.

Reshoring und die Demokratisierung der Technologie

Die Diskussion berührte auch den weltweiten Trend zur Verlagerung und Lokalisierung der Produktion. Woods wies darauf hin, dass die Verlagerung bereits vor COVID-19 im Gange war und von der Logik angetrieben wurde, Waren näher am Hauptverbrauchsmarkt - den USA - zu produzieren. Geopolitische Fragen und Schwachstellen in der Lieferkette haben diesen Trend nur noch beschleunigt. Staatliche Anreize (wie das CHIPS-Gesetz) und negative Anreize (Zölle) zielen darauf ab, die inländische Produktion weiter zu fördern.

Die Demokratisierung der Technologie - niedrigere Kosten für Sensoren, Roboter, Werkzeugmaschinen, additive Systeme und Softwareplattformen - macht eine lokalisierte, widerstandsfähige Fertigung zunehmend realisierbar. Dies ermöglicht die Einrichtung fortschrittlicher Fertigungsanlagen, die mit Niedriglohnmodellen konkurrieren können und regionale Fertigungszentren fördern. AM ist ein Schlüsselfaktor für diesen Wandel, da es eine Produktion auf Abruf ermöglicht, die Abhängigkeit von traditionellen Gießereien verringert und sogar die Produktion an entlegenen Orten wie Marineschiffen oder Raumstationen ermöglicht.

Auf dem Weg in die Zukunft: Ratschläge für Hersteller

Woods gab praktische Ratschläge für Unternehmen und Einzelpersonen, die sich in dieser sich entwickelnden Landschaft zurechtfinden wollen. Er betonte die Bedeutung des kontinuierlichen Lernens durch Fachverbände, Universitäten und Innovationszentren. Bei der Einführung neuer Technologien riet er davon ab, "den Ozean zu kochen". Stattdessen sollten Unternehmen ihre drei wichtigsten Probleme identifizieren und gezielt Technologien einsetzen, um sie zu lösen, wobei sie vielleicht mit einem leidenschaftlichen Verfechter in der Werkstatt beginnen sollten. Er empfahl auch, einen kleinen Teil der Investitionsausgaben (etwa 10 %) dafür zu verwenden, mit experimentelleren Technologien, die einen Wettbewerbsvorteil bieten könnten, "an die Grenzen zu gehen".

Doug Woods' Einblicke zeichnen das Bild einer Fertigungsindustrie, die an der Schwelle zu einem tiefgreifenden Wandel steht, angetrieben durch intelligente Technologien und eine strategische Neuausrichtung der globalen Produktion. Für diejenigen, die bereit sind zu lernen, sich anzupassen und zu investieren, bieten sich immense Chancen.

Wenn Sie mehr von Doug Woods und seinen Ansichten über die Zukunft der Fertigung hören möchten, hören Sie sich die vollständige Episode des Additive Snack Podcast an.