Industrie 4.0 en gedistribueerde productie zorgen voor duurzamere productie

Fabrikanten omarmen technologieën zoals 3D-printen om een ​​deel van de productie lokaal te verplaatsen, duurzamere materialen te gebruiken en afval te verminderen.

De huidige pandemie heeft veel nieuwe en bestaande uitdagingen in de wereldwijde toeleveringsketen aan het licht gebracht, van fabrieken die moesten sluiten vanwege lockdowns, de noodzaak om veel productielijnen opnieuw in te richten, tot wereldwijde verstoringen van luchtvracht- en zeevaartbevoorradingslijnen.

Hoewel de meeste fabrieken in veel landen, vooral in Azië, hun normale activiteiten hebben hervat, hebben de veranderingen in de distributie die nodig zijn om de benodigde beschermingsmiddelen te leveren, lege zeecontainers op ongebruikelijke locaties achtergelaten. Het ophalen van die containers is kostbaar, en nu worden fabrikanten geconfronteerd met extra verzendkosten en vertragingen bij het verzenden van hun producten naar hun klanten en distributiecentra.

Fabrikanten waren blij om de productie ergens anders heen te verplaatsen, maar nu willen ze het terug naar huis

In 2010 schreef wijlen Andy Grove, voormalig CEO van Intel, in Businessweek:“Amerikaanse bedrijven ontdekten dat ze hun productie en zelfs hun engineering goedkoper in het buitenland konden laten doen. Toen ze dat deden, verbeterden de marges. Het management was tevreden, evenals de aandeelhouders. De groei zette door, zelfs winstgevender. Maar de jobmachine begon te sputteren.”

Aziatische fabrikanten leerden snel en begonnen hun industrie in belangrijke componenten zoals LCD's, spuitgieten (een resultaat van de enorme investeringen in de productie van speelgoed in China), lithium-ionbatterijen, draadloze kaarten, controllerkaarten, flexcircuits, enz. Amerikaanse bedrijven waren maar al te graag gehoorzamen, denkend dat ze nog steeds het hoogwaardige ontwerp en de engineering van innovatieve producten in handen hadden.

Nu veel fabrieken hun best doen om de componenten te krijgen die ze nodig hebben, zijn veel OEM's momenteel op zoek naar innovatieve technologieën om de productie dichter bij hun markten te brengen.

Technologieën zoals 3D-printen en lasersnijden maken lokale productie van beperkte series mogelijk tegen prijzen die kunnen concurreren met spuitgieten en waterstraalproductie.

In het afgelopen decennium is 3D-printen geëvolueerd van een experimentele technologie die alleen wordt gebruikt voor zeer beperkte producties tot een technologie om grote hoeveelheden gespecialiseerde onderdelen te produceren voor verschillende industrieën.

Grote bedrijven, vooral die in de consumentenelektronicamarkt, besteden al jaren een aantal nieuwe productontwikkelingstaken uit, met name voor het ontwerp en de verpakking van prototypen. Nu vragen kleinere bedrijven, die aanvankelijk terughoudend waren om buitenstaanders mee te laten werken aan nieuwe producten, om zaken als het ontwikkelen van 3D-printcodes, productvalidatie en het buiten testen van nieuwe producten door externe leveranciers te laten doen.

“Sinds de vroege lockdowns is er een verschuiving geweest in het werk dat we doen voor verschillende klanten, vooral voor middelgrote tot grote bedrijven. Nu het wordt aanbevolen dat mensen reizen en naar de gebruikelijke werkplek gaan vermijden, vragen telewerkende medewerkers en ontwikkelingsteams uit het buitenland ons om ontwerpen en prototypes te ontwikkelen”, zegt David Tena, eigenaar van het FabCafe in Barcelona. "Voor een in Chicago gevestigd bedrijf ontwerpen we bijvoorbeeld een behuizing voor een elektronisch apparaat, coördineren we met hun elektronische ontwikkelingsteam, delen we de veranderingen en verbeteringen die we allebei doen en 3D-printen we de iteraties om ze fysiek te testen."

Nieuwe materialen zorgen voor duurzamere productie en afvalvermindering

3D-printen voor de industrie maakt de productie van veel geometrische structuren mogelijk en vereenvoudigt het productontwerpproces. Het is ook relatief milieuvriendelijk. Bij productie van kleine tot middelgrote volumes kan het ook de doorlooptijden en de totale productiekosten verlagen.

Bij 3D-printen zijn de kosten per eenheid, in tegenstelling tot traditionele productie, niet afhankelijk van het volume. Met 3D-printen kunnen ook overal ter wereld dezelfde onderdelen met exact dezelfde specificaties worden geproduceerd, waardoor de extra transportkosten worden bespaard en de productie duurzamer wordt. Naarmate industriële 3D-printers goedkoper en sneller worden, wordt de behoefte aan opslag en grote voorraden ook minder kritisch, omdat onderdelen op aanvraag kunnen worden vervaardigd.

Momenteel gebruiken de meeste industriële 3D-printers polyamiden zoals PA11 en PA12. Deze hoogwaardige kunststoffen zijn de materialen bij uitstek voor toepassingen waar veiligheid, duurzaamheid of betrouwbaarheid van cruciaal belang zijn. Ze worden gebruikt om betrouwbare onderdelen te vervaardigen voor industrieën zoals de automobiel-, medische, sport- en luchtvaartindustrie. PA11 is een bio-polyamide dat voor 100% is gemaakt van gerecyclede materialen, essentieel om initiatieven op het gebied van circulaire economie te ondersteunen. Tot voor kort maakte hun hoge prijs deze materialen te duur voor goedkope consumptiegoederen.

HP en andere fabrikanten gebruiken nu andere materialen zoals glas voor hoge temperaturen en sommige metalen.

Bovendien is het nu mogelijk om elektronische basisschakelingen te printen op 3D-geprinte onderdelen. De nieuwigheid hier is het printen van 3D-elektronica ingebed in objecten. Daarom kunt u voor bijna nul-marginale incrementele kosten sensoren inbouwen. Elk item kan stroomkabels, signaallijnen en sensoren hebben die zijn ingebed in het 3D-geprinte deel.

"Het feit dat Industry 4.0 economisch gedistribueerde productie mogelijk maakt, betekent dat je de manier waarop je producten bouwt en distribueert kunt veranderen", zegt Ramón Pastor, Vice President en General Manager, 3D Printing, HP, in een interview met IoT Times. "Er zijn schattingen dat tot de helft van de brandstof, in dit geval fossiele brandstof, die in de wereld wordt verbruikt, wordt gebruikt om producten te vervoeren van waar ze worden geproduceerd naar waar ze worden verbruikt. In die zin stelt de combinatie van Industrie 4.0, digitale productie en 3D-printen ons in staat om dit paradigma te veranderen en over te gaan op gedistribueerde productie, wat in feite betekent dat je produceert wat je nodig hebt op het moment dat je nodig hebt naast waar de vraag is. ”