Bachelorarbeit, 2017
31 Seiten, Note: 1,7
1. Einleitung
2. Literaturrückblick
3. Theoretischer Hintergrund
4. Analyse
4.1 Die wichtigsten 3D-Druckverfahren im Überblick
4.1.1 Fused Deposition Modeling (FDM)
4.1.2 Stereolithografie (STL)
4.1.3 Selective Laser Sintering (SLS)
4.2 Anwendung des 3D-Drucks auf die Massenproduktion
4.3 3D-Druck im Rahmen der Spezialisierung
4.4 Aktuelle Beispiele aus der Praxis
5. Diskussion und Zusammenfassung
Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht, inwieweit der Einsatz von 3D-Druckern in der Lebensmittelindustrie unter Berücksichtigung ökonomischer Prinzipien sinnvoll ist. Im Fokus steht dabei die Differenzierung zwischen Massenproduktion und Spezialisierung, um die Tauglichkeit verschiedener 3D-Druckverfahren für diese Anwendungsgebiete kritisch zu bewerten.
4.1.1 Fused Deposition Modeling (FDM)
Das FDM wird auch als Schmelzschicht-Verfahren bezeichnet und ist zudem unter dem Namen Fused Filament Fabrication (FFF) bekannt (Hagl, 2015, S. 25). Es wird zu den Verfahren mit Abscheidungsprozessen gezählt und funktioniert nur unter Einsatz von Materialien, die bei Erhitzung ihren Aggregatzustand ändern und infolgedessen verformbar werden.
Die Funktionsweise des FDM kann laut Sommer et al. (2016, S. 21) mit einer Heißklebepistole verglichen werden, bei welcher ein klebriger Kunststoff mithilfe einer beheizten Düse verflüssigt und anschließend herausgepresst wird. Beim 3D-Druck mittels des FDM dient die Düse allerdings nicht dem Kleben, sondern dem schichtweisen Aufbau eines Modells. Hierzu wird im ersten Schritt das Druckmaterial über eine Zufuhr (z.B. Schläuche, Behältnisse oder Patronen) eingeschleust und in die beheizte Düse, den sogenannten „Extruder“, gepresst. Oftmals werden auch zwei separate Düsen, eine für das Hauptmaterial und eine für das Stützmaterial, verwendet. Letzteres dient zur Herstellung einer Stützkonstruktion bei der Produktion von Objekten mit überhängenden Bauteilen, um das Abbrechen beziehungsweise Wegbrechen des Hauptmaterials zu verhindern. Besagte Stützkonstruktion kann am Ende des Druckvorgangs, nach der Aushärtung und Abkühlung des Produktes, rückstandslos entfernt werden (Leupold und Glossner, 2016, S. 35).
Bei diesem Verfahren erfolgt die Produktion eines Objekts durch die vorher mittels einer 3D-CAD-Zeichnung programmierte Bewegung des Druckkopfes in X- und Y-Richtung. Sobald die erste Schicht gefertigt wurde, existieren zwei Möglichkeiten, die weiteren Schichten des Objekts zu drucken: (i) die Anhebung des „Extruders“ oder, die in der Regel häufiger benutzte Möglichkeit (ii), das Senken der Druckplatte in Z-Richtung mithilfe eines eingebauten Motors (Sommer et al., 2016, S. 22).
Beispiele für die bisherige Nutzung dieses Verfahrens im Hinblick auf die Lebensmittelindustrie sind der Druck von masseartigen Werkstoffen, wie beispielsweise Käse, Fleischwaren und Marzipan, aber auch verflüssigter Schokolade.
1. Einleitung: Einführung in die Thematik der additiven Fertigung und Problemstellung der Arbeit mit Fokus auf die Lebensmittelindustrie.
2. Literaturrückblick: Übersicht über die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie und deren Anwendung in verschiedenen Branchen wie Automobilbau und Medizin.
3. Theoretischer Hintergrund: Definition und Abgrenzung der Begriffe Massenproduktion (MP) und Spezialisierung (SP) sowie logistische Grundlagen.
4. Analyse: Detaillierte Betrachtung und technische Erläuterung der 3D-Druckverfahren sowie deren Anwendungspotenzial in der Lebensmittelbranche.
5. Diskussion und Zusammenfassung: Synthese der Ergebnisse zur wirtschaftlichen Sinnhaftigkeit des 3D-Drucks in der Lebensmittelindustrie und Fazit.
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Die Arbeit befasst sich mit dem Einsatz von 3D-Druckern in der Lebensmittelindustrie und prüft, ob diese Technologie unter ökonomischen Gesichtspunkten eine sinnvolle Ergänzung oder Alternative zu bestehenden Produktionsmethoden darstellt.
Die zentralen Themen sind die technischen Grundlagen der additiven Fertigung, die Differenzierung zwischen Massenproduktion und Spezialisierung sowie die ökonomische Analyse dieser Verfahren spezifisch für Lebensmittel.
Ziel ist es, die Forschungsfrage zu beantworten, ob der Einsatz von 3D-Druckern in der Lebensmittelindustrie unter Einsatz von ökonomischen Prinzipien heute bereits sinnvoll ist oder zukünftig sein könnte.
Die Arbeit nutzt eine hermeneutische Vorgehensweise, basierend auf einer Analyse des aktuellen Forschungsstandes sowie einer Fallbetrachtung aus der Praxis.
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung der wichtigsten 3D-Druckverfahren (FDM, STL, SLS), die theoretische Abgrenzung von Produktionsarten sowie die Analyse ihrer Tauglichkeit für Lebensmittelanwendungen.
Die Arbeit wird primär durch Begriffe wie Additive Fertigung, 3D-Lebensmitteldruck, Massenproduktion, Spezialisierung und wirtschaftliche Effizienz charakterisiert.
Das FDM-Verfahren ist derzeit das relevanteste Verfahren für die Lebensmittelindustrie, da es masseartige Stoffe wie Schokolade, Käse oder Marzipan durch Schichtaufbau in spezifische Formen bringen kann.
Aktuell scheitert die Massenproduktion an der zu geringen Fertigungsgeschwindigkeit und den hohen Kosten für Druckmaterialien, die im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungswegen noch nicht wirtschaftlich konkurrenzfähig sind.
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