Wissenschaft & Forschung
Licht 8 | 2019

Mass Personalization & Lighting – eine neue Welt, die es zu besiedeln gilt!

Artikelserie über die Potenziale der Massenpersonalisierung für die Leuchtenbranche, Teil 4 – Personalisierung in der Produktion

Im vierten Beitrag der Serie zur »Welt der Massenpersonalisierung« gehen wir auf Aspekte in der Produktion ein. Neben den »Nachbar-Kontinenten« Marketing & Sales, Planung, Forschung & Entwicklung bietet dieser mit seinen Facetten große Potenziale, ein Unternehmen mit neuen Technologien nutzerfokussiert auszurichten. Nach einem kurzen Überblick über die Facetten fokussieren wir auf die Fertigungspotenziale, welche durch Additive Technologien und Lasertechnologien ermöglicht werden.

Lesezeit: ca. 7 Minuten
Abb.: Die Welt der Massenpersonalisierung mit den vier zusammenhängenden »Kontinenten« Marketing & Sales, Forschung & Entwicklung, Produktion und Planung. Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Stuttgart

An der Werkbank schon an Kundenbedürfnisse gedacht?

Weil sie Kosten und Zeiten im Prototypenbau reduzieren, haben es Additive Technologien längst in die Entwicklungsabteilungen geschafft. Das Potenzial für die Produktion, welches durch 3D-Druck, Lasertechnologien, CNC und Industrie 4.0 enorm steigt, wird derzeit aber kaum genutzt und noch zu oft unterschätzt.

Auch handwerkliche Methoden können digital gestützt zu Wettbewerbsvorteilen führen. Kostspieliger und zeitaufwändiger Formenbau für Sonderradien oder ähnliches wird von 3D-gedruckten Komponenten abgelöst. Intelligente Lager, kommunizierende Produktionsanlagen oder Roboter sind nicht mehr länger nur den großen, industriellen Herstellern zugänglich, sondern gewinnen auch für KMU und Handwerker an Relevanz. So erschließen bspw. Tischlereien über Plattformen wie »formbar« (www.form.bar) völlig neue Kundenstämme. Sie fräsen auf ihren Anlagen Regale für regionale Kunden, die diese vorher im Internet über die Plattform konfiguriert haben. Aber auch Wartung, Output und Auslastung von analogen Maschinen lassen sich besser steuern, wenn man sie mit digitalen Schnittstellen verknüpft und dadurch an wertvolle Kenngrößen gelangt, die einen Ausfall verhindern oder gar Menschenleben schützen können. RFID, WLAN oder ZigBee führen auch in der Fertigung zu immer mehr vernetzten Systemen, die digitale Kette wird immer weiter geschlossen und bietet neue Potenziale, wie z. B. intelligente Behälter, die den Bestand an der Werkbank oder im Lager »tracken« und entsprechende Hinweise über Schnittstellen an Beschaffung, das ERP-System oder Lageristen geben.

Augmented- und Virtual Reality-Anwendungen ermöglichen zudem, die Flut von Daten und Montageanleitungen für immer individuellere Produkte und wachsende Portfolios direkt in der Fertigung zu steuern und zu unterstützen. Informationen, welche bislang in Papierform oder auch digital nur über PCs bereitgestellt werden konnten, können nun komfortabel über Tablets, Smart Devices oder Smart Glasses zur richtigen Zeit an der richtigen Stelle abgerufen werden und somit bspw. seltene, komplexe Handgriffe oder Arbeitsschritte erleichtern. Sogenannte »AR Build Assists« werden im Möbelsegment bereits prototypisch bei Endkunden zum Einsatz gebracht.

Additive Technologien und Lasertechnologien auf dem Weg in die Produktion

Die von jeher durch Blech- und Acrylverarbeitung geprägte Leuchtenwelt, ist bereits durch die Einführung der LED und die damit verbundenen neuen Fertigungsprozesse durch eine erste Welle der Erneuerung und Veränderung gegangen. Die einen wurden von dieser Welle, um bei diesem Bild zu bleiben, kalt erwischt, andere wurden hinweggespült oder waren Land unter. Manche konnten aber auch die Energie nutzen und mitschwimmen und wenige surften sogar erfolgreich darauf. Nun steht schon eine weitere Welle der Veränderung an, die in ihrer ganzen Dimension vermutlich noch gar nicht abzusehen ist. Die Leuchtenwelt in Deutschland und Europa ist geprägt vom Mittelstand. Die Produktion ist meist auf die Verarbeitung und Veredelung von Halbzeugen ausgerichtet und die Stückzahlen der einzelnen Varianten sind meist überschaubar oder so gering, dass sich eine automatisierte Produktion oder Investitionen in Werkzeuge nicht rentiert. Durch die Einführung der LED wurden völlig neue Möglichkeiten für die Form und Typologie von Leuchten ermöglicht, welche natürlich auch Konsequenzen für die Fertigung mit sich brachten.

Eine Welt ohne Strangpressprofil!?

Natürlich haben immer auch Fertigungsmethoden die Erscheinung von Leuchten geprägt. Ohne Strangpressprofile wäre das Leuchtenportfolio der meisten deutschen Hersteller wohl sehr viel übersichtlicher. Die Kombination aus industriellen Herstellungsmethoden und der manufakturellen Weiterverarbeitung und damit der Individualisierung und letztlich auch der Wertschöpfung ist in der Branche üblich.

Die Massenpersonalisierung sieht genau in der Weiterentwicklung und Perfektionierung dieser Kombination die große Chance für den Industriestandort Deutschland: die ganzheitliche Ausrichtung der Unternehmen auf die Nutzerbedürfnisse und darauf aufbauende Fertigungsprozesse, die digital unterstützen. Dadurch kann man für eine reibungslose und dadurch kostenneutrale Produktion individueller Lösungen in kleinsten Stückzahlen sorgen.

Langsam beginnen additive Fertigungstechnologien ihren Weg aus der Entwicklung in die Produktion zu finden. In anderen Industriezweigen, wie z. B. der stark vom Individualisierungstrend unter Druck stehenden Automobilbranche, sind Tendenzen schon lange auszumachen. Nicht zuletzt hat BMW mit der Einführung von personalisierten Seitenblinkereinlegern (Side Scuttles) für den Mini ein leuchtendes Bauteil im Angebot, welches vom Kunden auf der Website im Hinblick auf Farben, Strukturen, Grafiken und Schriften gestaltet wird. Dafür musste nicht nur das interne Kundenauftragssystem umprogrammiert, sondern auch die Bauteilidentifikation durch eine mitgedruckte Bauteil-ID übertragen werden.

Ein anderes »leuchtendes Beispiel« sind 3D-gedruckte Ersatzteile in vielen unterschiedlichen ICE-Zügen zur dünnwandigen Halterung von Leuchtstoffröhren für die Displaybeleuchtung von Bordinformationssystemen. Diese eigens angefertigten Bauteile zeigen eindrücklich die Vorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungstechnologien, da weder hohe Werkzeugkosten, noch Mindestmengen oder lange Lieferzeiten eine Rolle spielen.

Abb.: Allen Vorbehalten zum Trotz ist der im Lasersinterverfahren hergestellte Leuchtenschirm der Leuchte »Quinn« von MGX auch nach über 10 Jahren noch anschaulich und mechanisch belastbar. Nur das Leuchtmittel ist mit einer »eingedruckten« Fassung für Halopin G9 überholt. Fotos: Daniel Neves Pimenta Daniel Neves Pimenta

Es geht also schon lange nicht mehr »nur« um Designmerkmale, wie Sie anfänglich von Freedom of Creation oder MGX am Markt angeboten wurden. Die Freiheit, mit additiven Technologien auch unsichtbare, also konstruktive Teile in der Produktion einzusetzen, sickert nur langsam in die Köpfe der Entwickler und der Fertigungsleiter. »Wer nicht additiv denkt, verschwendet Potenzial!« wird Sonja Rasch von Materialise in einem Interview von maschinenmarkt zitiert, und nennt Beispiele, wie sich durch den Einsatz von 3D-Druck bereits heute massive Materialeinsparungen von über 70% und dadurch eben auch Kosteneinsparungen bei viel größerem Gestaltungs- und Lösungsspielraum realisieren lassen. Bis sich das Denken in den Köpfen der Verantwortlichen verankert hat, dürfte wohl noch eine gewisse Zeit vergehen. Dabei sind die Schnelligkeit, die geringen Kosten und die Variabilität vor allem beim Bau von Lackier- und Montagevorrichtungen, Hilfswerkzeugen oder ganzen Ersatzteilen für die Fertigung von immensem Wert.

Plattformökonomie? Bei uns Licht!

In der »3D Druck Community« finden sich bereits heute Hunderte von »Bauanleitungen« im STL-Format, welche kostenlos geteilt und immer weiter optimiert werden. Das Potential daraus eine Plattform ins Leben zu rufen, hat das in Kalifornien ansässige Start–Up »gantri« erkannt und sich auf kommerzielle Entwicklung, Vertrieb und Produktion von 3D-gedruckten Leuchten unter Einbindung von Designern und Kunden spezialisiert. Aber auch die Industrie in Europa hat mit Philips einen prominenten Vertreter, der das Thema nicht nur beim Endverbraucher, sondern auch im professionellen Bereich individualisierbarer Downlights unter dem Begriff »Tailored Lighting Creations« anbietet.

Abb.: Das Start-Up gantri bietet Designern heute ein LED-Toolkit, um Produkte für ihre Plattform entwickeln zu lassen, welche Formfaktoren und technischer Parameter vorgeben, aber auch den Entwicklungszeitraum radikal verkürzen. Grafiken: gantri Gantri
Gantri
Gantri

Weitaus feiner geht es im optischen Bereich, also der Lenkung von Licht, zur Sache. Die ersten kommerziellen Anwendungen sind bereits seit geraumer Zeit und immer erfolgreicher am Markt. Dienstleister wie Luxexcel und Luximprint ermöglichen es, Optiken primär für LED-Leuchten im 3D-Druckverfahren herzustellen. Sei es, um optische Prototypen oder auch Serienteile zu fertigen. Teurer und langwieriger Formenbau entfällt. In dem Bereich wird vor allem an der weiteren Miniaturisierung unter anderem an der Universität Stuttgart intensiv geforscht.

Abb.: Die Leuchte »Orbit« ist eines der vielen Beispiele, die sich Kunden auf der Website von gantri konfigurieren können und auf dem LED-Toolkit basiert. Foto: gantri gantri

Nicht nur Additive Fertigungstechnologien bergen Chancen, auch hochkonzentrierte Lichtstrahlen in Form von Laser bieten in der Produktion neue Möglichkeiten. Nicht nur durch das Lasergravieren von LGPs (light guiding panels) für die Seiteneinspeisung von LED-Licht, auch für das Schneiden von Folien, PMMA oder Blech kommt Laser heute schon in der Leuchtenproduktion zum Einsatz. Doch auch hier gilt es Expertise aufzubauen, um die Potenziale zu bergen und aus der Produktion Impulse in die Entwicklung zu geben. Oberflächengestaltung, Beschriftungen, Freiformschneiden und -schweißen, die Einsatzvielfalt von Lasern ist nahezu unbegrenzt, durch digitale Schnittstellen einfach einzubinden und preislich von zunehmender Attraktivität.

Abb.: Lasergeschnittene Segmente bilden in radialer Anordnung den individuell gestalteten Leuchtenschirm. Rendering: anylamp anylamp
Abb.: Der Konfigurator gibt dem Nutzer die Möglichkeit, den Leuchtenschirm nach eigenen Vorstellungen zu gestalten. anylamp

Einen bis zum Endkunden personalisierten Einsatz der Technologie veranschaulicht das Beispiel »anylamp«, einem Start-Up der OTH Regensburg. Über ein Webinterface kann der Kunde oder Planer über einfache Parameter die Geometrie des Leuchtenschirms verändern. Das System stellt in Echtzeit die Lösung dar und generiert im Hintergrund die Fertigungsdaten.

Alleine durch das Einbringen neuer Fertigungsverfahren lassen sich bereits viele Schritte auf den Kunden ausrichten. Natürlich steht dahinter immer der ganzheitliche Prozess, der durch das Unternehmen hindurch organisiert sein muss. Es bleibt also abzuwarten, wie schnell die Branche sich des Potenzials annimmt, oder ob nicht doch nur Start-ups mit neuen und branchenfremden Gedanken auf den kommenden Wellen surfen. Die Chancen, die digitale Helfer, wie wir Sie in unserem Alltag bereits in alltäglichem Einsatz haben, für die Fertigung und Organisation in der Produktion von Leuchten bieten, werden wir in einer der nächsten Serien beschreiben.

Weitere Informationen

Im Fraunhofer-Institut für Bauphysik in Stuttgart finden in unregelmäßigen Abständen Workshops rund um das Thema »MASS PERSONALIZATION & LIGHTING« statt, zu dem auch LICHT-Leser herzlich eingeladen sind. Melden Sie sich gerne unter masspersonalization@ibp.fraunhofer.de, um weitere Information über das Vorhaben zu erhalten. In der nächsten Ausgabe werden wir den Kontinent »Forschung & Entwicklung« besuchen und Beispiele und Methoden zeigen, welche Ihnen helfen können, Mehrwerte für sich zu gewinnen.

Autor: Daniel Neves Pimenta, Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Stuttgart

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Licht 8 | 2019

Erschienen am 25. Oktober 2019