Kleinserienfertigung - Ein Leitfaden für Einsteiger

Die Kleinserienfertigung konzentriert sich auf die Herstellung vieler verschiedener Produkte in geringen Mengen. Sie legt den Schwerpunkt auf Variation, Flexibilität und die Fähigkeit, schnell auf neue Möglichkeiten zu reagieren.

Sie ist das Gegenteil der Großserienfertigung, bei der der Schwerpunkt auf der Herstellung einer sehr großen Anzahl identischer Waren liegt. 

Die Fertigung in kleinen Losgrößen ist kein neues Konzept, aber die Zwänge der manuellen Produktionstechniken haben ihre Anwendung stets eingeschränkt. Die Fortschritte im Bereich des computergestützten Designs, der automatisierten Bearbeitung und des 3D-Drucks haben diese Grenzen überwunden, da sie eine höhere Geschwindigkeit, Flexibilität und Kontrolle ermöglichen.

Immer erschwinglichere Technologien wie diese helfen Unternehmen, Waren in kleinen Mengen zu produzieren, die leicht angepasst und individuell gestaltet werden können, um der schnelllebigen Welt von heute gerecht zu werden.

Die Kleinserienfertigung wurde traditionell von kleinen Unternehmen und Handwerkern bevorzugt, vor allem weil sie sich die für die Massenproduktion erforderlichen hohen Investitionen in Maschinen und Gebäude nicht leisten konnten.

Jetzt nutzen auch große Unternehmen die Vorteile der Kleinserienfertigung. Diese Methode entspricht dem wachsenden Trend, mehrere Minifabriken in der Nähe der Kunden zu errichten, anstatt die ganze Welt von einer zentralen Megafabrik aus zu bedienen.

Dieser Leitfaden soll Ihnen helfen zu verstehen:

• Was ist die Kleinserienfertigung? 
• Wie unterscheidet sich die Kleinserienfertigung von der Großserienfertigung? 
• Welche Werkzeuge werden in der Kleinserienfertigung üblicherweise eingesetzt?
• Was sind die Vorteile der Kleinserienfertigung? 
• Wo liegen die Grenzen der Kleinserienfertigung?

Die Kleinserienfertigung, auch Kleinserienproduktion oder Rapid Production genannt, nutzt die Vorteile moderner Hochgeschwindigkeitstechnologien, um die Kundennachfrage schnell zu erfüllen. Kürzere Vorlaufzeiten und kleinere Losgrößen verringern das Risiko, mit veralteten Beständen oder Produktionsanlagen dazustehen, wenn sich die Anforderungen ändern.

Zu den gängigsten Technologien, die in der Kleinserienfertigung eingesetzt werden, gehören die additive Fertigung (oder der industrielle 3D-Druck), computergestützte Konstruktionssoftware (CAD), CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control), Spritzguss und Laserschneiden. 

Die Geschwindigkeit, Flexibilität und Kontrolle, die diese Werkzeuge bieten, ermöglichen eine schnelle und kostengünstige Fertigung. In vielen Fällen sind die Kosten für die Herstellung eines Produkts die gleichen wie für die Herstellung von 100 Produkten, unabhängig davon, wie komplex sie sind. Auf diese Weise können Unternehmen ihre Betriebskosten niedrig und die Vorlaufzeiten kurz halten und dennoch schnell und effizient einzigartige und kundenspezifische Produkte liefern. 

Die Kleinserienfertigung kann auch ein wichtiger Teil des Entwicklungsprozesses sein. Unternehmen können eine erste begrenzte Auflage von Produkten auf den Markt bringen und das daraus resultierende Feedback zur Verbesserung der nächsten, möglicherweise größeren Charge von Produkten nutzen. Die Hersteller können dies dank der durch die schnellen Produktionstechniken erzielten Effizienz mehrmals in kurzer Folge tun.

Die Großserienfertigung hat viel dazu beigetragen, die Produktion in den Fabriken, die Konsistenz der Produkte, die Sicherheit der Arbeitnehmer und die Erschwinglichkeit einer breiten Palette von Waren zu verbessern. Doch ihre größte Stärke ist auch ihre größte Schwäche. 

Die Massenproduktion findet in riesigen Fabriken statt, die mit Maschinen, Arbeitern und Rohstoffen gefüllt sind. Diese Gebäude benötigen viel Platz, verbrauchen Unmengen an Energie und sind teuer in der Einrichtung und im Betrieb. 

Um kosteneffizient zu sein, stellen diese Fabriken sehr viele standardisierte Waren her. Wenn die Produktionsmengen steigen, sinken die Kosten pro Einheit. Das liegt daran, dass die Unternehmen die Kosten auf eine viel größere Anzahl von Produkten verteilen können, was als "Größenvorteile" bezeichnet wird. 

Sobald die Hersteller diese Waren produziert haben, lagern sie sie in der Regel in einem Lager, bis sie verkauft werden, was Wochen oder Monate dauern kann. Wenn die Nachfrage nachlässt, müssen sie sie möglicherweise mit einem Preisnachlass verkaufen oder entsorgen. All dies verursacht zusätzliche Kosten und schmälert die Gewinnspanne. 

Diese Einschränkungen und die steigende Nachfrage nach maßgeschneiderten Produkten haben die Unternehmen dazu veranlasst, alternative Strategien wie die Kleinserienfertigung zu verfolgen. 

Dabei muss es sich nicht um eine Entweder-Oder-Entscheidung handeln. Unternehmen können gleichzeitig von den Vorteilen der Großserien- und der Kleinserienfertigung profitieren.

• 3D-DRUCKER

3D-Druck, manchmal auch als additive Fertigung bezeichnet, umfasst eine Vielzahl von Verfahren und Techniken, bei denen ein Material in mehreren dünnen Schichten aufgetragen wird, um eine Form zu erzeugen. 

Kunststoff und Metall sind die am häufigsten verwendeten Materialien beim 3D-Druck, aber einige Hersteller verwenden auch bestimmte Keramiken, Verbundstoffe, Harze und Wachse für Nischenanwendungen. 

Der gesamte Prozess ist computergesteuert, was den 3D-Druck zu einer kostengünstigen und effizienten Methode zur Herstellung von Objekten mit nahezu beliebiger Form oder Geometrie macht. Heute wird die Technologie zur Herstellung von Modellen und Konzeptnachweisen bis hin zu fertigen Objekten eingesetzt.

Aufgrund der langen Druckzeiten und der hohen Einrichtungskosten eignen sich 3D-Drucker nicht für die Massenproduktion, aber sie sind ideal für die Herstellung kleiner Serien.

• CNC-MASCHINEN

CNC-Maschinen sind hochgradig automatisiert und verwenden Computersoftware, um die präzise Bewegung von Werkzeugen und Materialien zu steuern. Gängige Beispiele sind Plasma-, Laser- und Wasserschneider, Fräs- und Bohrmaschinen, Drehbänke, Oberfräsen und Elektroerosionsmaschinen. Die am häufigsten verwendeten Materialien sind Metall, Holz, dichte Kunststoffe und Verbundwerkstoffe.

Kein anderes Fertigungsverfahren kann Metallteile so schnell, gleichmäßig und zuverlässig herstellen wie die CNC-Bearbeitung. Sobald der Bediener eine CNC-Maschine programmiert hat, kann sie Teile in beliebiger Menge herstellen, die alle identisch sind.

CNC-Maschinen können eine Vielzahl von Materialien und Verfahren verarbeiten, wobei Multifunktionsmaschinen und automatische Werkzeugwechsler für noch mehr Flexibilität sorgen. Die Bediener können die Maschinen auch schnell und einfach umprogrammieren, um ein völlig neues Produkt herzustellen, wodurch sie sich sowohl für die Kleinserien- als auch für die Massenproduktion eignen.

Der Automatisierungsgrad bei der CNC-Metallbearbeitung bedeutet, dass ein einziger qualifizierter Bediener mehrere Maschinen beaufsichtigen kann. Darüber hinaus trägt die höhere Qualität und Genauigkeit, die durch die automatisierte Bearbeitung erreicht wird, dazu bei, die Ausschussquote eines Herstellers zu senken. Aufgrund all dieser Eigenschaften eignen sich CNC-Maschinen gut für die Kleinserienfertigung. 

• SCHNELLSPRITZGIESSMASCHINEN

Beim Schnellspritzgießen wird das geschmolzene Kunststoffgranulat durch eine mechanische Schnecke, Druckluft oder Zentrifugalkraft in einen erhitzten Formhohlraum gepresst. Anschließend wird die Form geschlossen und abgekühlt, damit der Kunststoff in seiner endgültigen Form aushärten kann.

Trotz der zeitaufwändigen Herstellung einzelner Formen setzen Hersteller diese Maschinen häufig in der Kleinserienfertigung ein. Denn wenn die Maschinen einmal eingerichtet sind, können sie sehr schnell und gleichmäßig viele Produkte herstellen.

Durch die Herstellung von Formen aus Aluminium anstelle des üblicherweise verwendeten Stahls wird Zeit gespart. Aluminiumformen haben nicht die Langlebigkeit von Stahlformen, aber die Unternehmen können sie viel schneller herstellen. Außerdem sind sie haltbar genug für mehrere tausend Pressvorgänge und liefern dennoch die erforderliche Oberflächenqualität.

Die Kleinserienfertigung überwindet viele der Herausforderungen, die mit der Massenproduktion verbunden sind:

• FOOTPRINT 

Die Kleinserienfertigung erfordert keine riesigen Fabriken und die damit verbundenen Kosten. Wegen des Bedarfs an Platz, Arbeitskräften und Rohstoffen sind die Produktionsstätten traditionell weit von den Kunden entfernt. 

Die Technologien und Werkzeuge, die in der Kleinserienfertigung eingesetzt werden, sind kompakter und benötigen eine viel geringere Grundfläche. Dadurch kann die Produktion viel näher an den Ort der Nachfrage verlegt werden. Dies bedeutet auch, dass Fabriken schnell, einfach und kostengünstig eingerichtet und bei Bedarf sogar verlagert werden können.

• ZEIT FÜR DEN MARKT

Die Kleinserienfertigung nutzt die Flexibilität, Kontrolle und Automatisierung der modernen Technologie, um den Prozess von der ersten Bestellung bis zur Auslieferung zu straffen. Bei einem 3D-Drucker ist es beispielsweise nicht erforderlich, dass die Bediener spezielle Werkzeuge herstellen, bevor die Produktion beginnen kann. Anders als zum Beispiel bei einer Spritzgussmaschine. 

Außerdem wird der Großteil der hergestellten Waren auf dem Seeweg transportiert. Dadurch verlängern sich die Lieferfristen um viele Wochen, und schlechtes Wetter kann zu weiteren Verzögerungen führen. Wahrscheinlich ist auch ein Transport auf dem Landweg erforderlich, damit die Waren ihren endgültigen Bestimmungsort erreichen. Durch die Verlagerung der Produktion in die Nähe der Kunden bietet die Kleinserienfertigung die Möglichkeit, eine zweimonatige Lieferfrist auf 24 Stunden zu verkürzen.

• KUNDENANPASSUNG 

Die Kleinserienfertigung ermöglicht es den Unternehmen, je nach dem verwendeten Maschinenpark Änderungen nach jedem Durchlauf oder sogar während eines Durchlaufs vorzunehmen. Außerdem können sie das Feedback der Kunden in die nächste Produktserie einfließen lassen, so dass sich die Kunden stärker mit den Prozessen verbunden fühlen und der Hersteller wertvolle Erkenntnisse gewinnen kann.  

Unternehmen, die in einer lukrativen Nische tätig sind, die von den Massenherstellern oft ignoriert oder übersehen wird, nutzen häufig die Technik der Kleinserienfertigung.

• KOSTENERSPARNIS 

Durch die Kleinserienfertigung entfällt die Notwendigkeit, überschüssige Bestände herzustellen, zu lagern und zu verwalten. Dadurch wird Geld für wertsteigernde Aktivitäten wie Marketing, Personalbeschaffung, Schulung, neue Werkzeuge und Produktentwicklung frei. Für Unternehmen, die sich darauf konzentrieren, ihre Kosten zu senken und gleichzeitig die Produktion zu steigern, kann die Kleinserienfertigung eine profitable Strategie sein. 

• PRODUKTINNOVATION 

Die Möglichkeit, schnell und kostengünstig eine Kleinserie zu produzieren, bietet die Flexibilität, neue Produkte zu testen, ohne in eine Großserienfertigung investieren zu müssen. Dadurch sinken Zeit, Kosten und Risiken bei der Entwicklung neuer Produkte, während die Erfolgswahrscheinlichkeit steigt.

Darüber hinaus ermöglicht die Kleinserienfertigung es Unternehmen, Produkte schnell auf den Markt zu bringen und das daraus resultierende Feedback zur Verbesserung der nächsten Produktserie zu nutzen.

• GERINGES RISIKO 

Bei großen Produktionsserien besteht für die Hersteller das Risiko, dass die Lagerbestände unverkauft bleiben, wenn die Nachfrage plötzlich sinkt. Bei der Kleinserienfertigung wird dieses Risiko weitgehend ausgeschaltet, da die Hersteller bei dieser Strategie nur geringe Stückzahlen produzieren. Wenn die Nachfrage sinkt, kann ein völlig neues oder überarbeitetes Produkt mit minimaler Verzögerung in die Produktion gehen. 

Kleinserienfertigung bedeutet auch, dass Ingenieure Produktionsprobleme erkennen und lösen können, ohne das Risiko einzugehen, Tausende von fehlerhaften Produkten zu hohen Kosten herzustellen.

 

• HOHE EINRICHTUNGSKOSTEN

Ausrüstungen wie CNC- und Schnellspritzmaschinen, insbesondere neuere Modelle, sind teurer als manuell betriebene Maschinen. Allerdings sinken die Preise, da die Nachfrage nach Maschinen steigt. 

Zusätzlich zu den anfänglichen Anschaffungskosten benötigen diese Maschinen Kühlmittel, Werkzeuge und regelmäßige Wartung. Die Kosten für Reparaturen können ebenfalls hoch sein, je nachdem, welches Teil ausgetauscht werden muss, und müssen oft von einem qualifizierten Ingenieur durchgeführt werden.

• PRODUKTIONSVOLUMEN 

Das Hauptmerkmal der Kleinserienfertigung sind kleine Produktionsserien. Die Hersteller können die Größe dieser Serien schrittweise erhöhen, um der Kundennachfrage gerecht zu werden. Steigt die Nachfrage jedoch zu schnell an, ist es unwahrscheinlich, dass sie die Produktionslinie schnell genug hochfahren können, um ihr gerecht zu werden. Dies kann dazu führen, dass Wettbewerber einspringen, um die Nachfrage zu decken.

• KOSTEN PRO EINHEIT

Bei der Herstellung von Kleinserien sind die Kosten pro Stück aufgrund der Größenvorteile fast immer höher als bei der Massenproduktion.