Additive Fertigung und der Wandel in der Verteidigungsindustrie aus Sicht von Stratasys

Da Konflikte sich immer schneller entwickeln, ist die Fähigkeit, Ausrüstung schnell zu bauen, zu reparieren und anzupassen, für die Einsatzbereitschaft von zentraler Bedeutung geworden. (Bild: Stratasys (Shutterstock))

Eine der drängendsten Herausforderungen, vor denen Verteidigungsorganisationen heute stehen, ist die Einsatzbereitschaft. Viele Streitkräfte betreiben Plattformen, die aus den 1980er-Jahren oder früher stammen. Aufgrund von Budgetbeschränkungen müssen diese Systeme oft weit über ihre ursprünglich vorgesehene Lebensdauer hinaus im Service bleiben. In vielen Fällen ist es schwierig oder oft sogar unmöglich, Ersatzteile oder Originalwerkzeuge zu beschaffen, da entweder die Originalhersteller nicht mehr existieren oder die Werkzeuge verschrottet wurden.

Gleichzeitig haben der globale Handel und geopolitische Spannungen Schwachstellen in den Lieferketten offenbart. So berichten beispielsweise europäische Streitkräfte von Schwierigkeiten bei der Beschaffung von Ersatzteilen von ausländischen Hauptauftragnehmern, was sich auf die Verfügbarkeit von Ausrüstung auswirkt. Dies wiederum führt zu einer weiteren Abhängigkeit von externen Lieferanten. Infolgedessen werden zunehmend industrielle additive Fertigungssysteme eingesetzt, um diese Herausforderungen direkt anzugehen. Die Philosophie ist einfach: Verteidigungskräften soll es ermöglicht werden, „das zu drucken, was sie brauchen, wann sie es brauchen und wo sie es brauchen“. Heute sind Scannen, Reverse Engineering und AM etablierte Arbeitsabläufe, die die lokale Bauteilfertigung innerhalb von Tagen, manchmal sogar Stunden, ermöglichen.

Nachtsichtmonokular und Gehäuse. (Bild: 2024-2025 3E Elektro Optìk Sìstemler SAN. ve TİC. A.Ş)

Andreas Langfeld
CRO, Stratasys

„Die additive Fertigung hilft dem Militär, Veralterung zu überwinden und ermöglicht es Verteidigungslieferanten, flexibler und effizienter zu arbeiten.“

Druckkapazitäten am Einsatzort

Diese Vision spiegelt sich zunehmend in nationalen Verteidigungsstrategien wider. Im Vereinigten Königreich geht die Strategie des Ministry of Defence für fortschrittliche Fertigung weit über das bisher Bekannte hinaus. Sie legt fest, wie diese Fähigkeit in der gesamten Verteidigung umgesetzt werden soll, von der digitalen Teilequalifizierung bis zur dezentralen Produktion am Einsatzort.

Die Strategie skizziert ein zukünftiges Ökosystem, in dem Teile entweder von Anfang an für die AM konzipiert oder digital für die additive Produktion nachgebildet werden, unterstützt durch einen sicheren digitalen Thread, der es ermöglicht, Entwürfe an den Ort des Bedarfs zu übertragen und dort zu fertigen. Mobile AM-Einheiten produzieren und nutzen bereits Komponenten im Einsatzgebiet, um die Einsatzbereitschaft zu erhöhen, Anpassungen vorzunehmen und die Effektivität der Einsatzreaktion zu verbessern.

Es ist leicht nachvollziehbar, warum Großbritannien an einem solchen Ansatz interessiert ist. Das Verteidigungsministerium verfügt über einen Bestand von 1,3 Millionen Artikeln, und ein Bericht des Verteidigungsministeriums über fortschrittliche Fertigungsstrategien besagt, dass AM ein erhebliches Potenzial als alternative Bezugsquelle für veraltete Artikel bietet. Selbst bei äußerst vorsichtigen Schätzungen kommt der Bericht zu dem Ergebnis, dass bei einer additiven Fertigung von 15 % des Verteidigungsinventars in den nächsten 15 Jahren ein finanzieller Nettovorteil von 110 Millionen Pfund erzielt werden könnte – mit einem Nettowert von 35,5 Millionen Pfund pro Jahr danach. Das ist eine beträchtliche Summe, sowohl heute als auch in Zukunft.

Ähnliche Initiativen gibt es in ganz Europa. Ein kürzlich erschienener Artikel in der deutschen Wirtschaftszeitung Handelsblatt mit dem Titel „So stärkt 3D-Druck die Einsatzbereitschaft der Bundeswehr“ befasste sich damit, wie auch die Bundeswehr hier investiert. Diese hat beispielsweise den 3D-Drucker an Bord der Fregatte Sachsen getestet und dabei Teile hergestellt, die unter den rauen Bedingungen auf See häufig ausfallen. In früheren Versuchen wurden Container-Drucker in einem Feldlager in Afghanistan eingesetzt, wo sie unter Hitze und Staub erfolgreich funktionierten.

3D-gedruckte Variante der Stahlantennenhalterungen von EANT. (Bild: Stratasys)

AM in der Fertigungshalle

Über Anwendungen an vorderster Front hinaus integrieren Rüstungsunternehmen zunehmend AM in Produktionsumgebungen, um die Flexibilität zu verbessern, Vorlaufzeiten zu verkürzen und die Produktion zu beschleunigen. Durch die Möglichkeit, komplexe Geometrien in einem einzigen Bauvorgang herzustellen, können Teile leichter und Baugruppen vereinfacht werden, sodass zusätzliche Schritte der Zerspanung oder aufwändige Nachbearbeitungsschritte oft entfallen. Komponenten, die früher als mehrere Teile konstruiert wurden, können nun als eine einzige, konsolidierte Struktur hergestellt werden, was die Montagezeit und potenzielle Fehlerquellen reduziert.

Während Rapid Prototyping nach wie vor der häufigste Einstiegspunkt für Hersteller im Verteidigungsbereich ist, sind viele Programme aufgrund des gestiegenen Vertrauens, der Qualifizierung und der Nachfrage mittlerweile zu Endbauteilen und Produktionswerkzeugen übergegangen. Dieser Wandel spiegelt eine umfassendere Veränderung in der Verteidigungsindustrie wider, weg vom Nachweis der Technologie hin zu ihrer Einbettung in die tägliche Produktion und Betrieb.

Der Elektrooptik-Spezialist 3EEOS beispielsweise nutzt AM zur Herstellung von Gehäusen und Hüllen für Monokulare, Ferngläser und Wärmebildgeräte, was schnelle Design-Iterationen und Feldtests mit Materialien der Produktionsqualität ermöglicht.

Für den Kommunikationssystemanbieter Spectra Group hat AM den Sprung vom Prototypenbau in die Produktion geschafft. Angesichts eines Kostenvoranschlags von 15.000 Pfund für die Spritzgießfertigung von nur sechs Ersatzteilen druckte das Unternehmen die Komponenten stattdessen firmenintern mit Stratasys Origin One+ und Origin Two P3™. Die erzielte Qualität reichte für die Fertigung von Endbauteilen für die taktische Satellitenkommunikationsausrüstung „Sling Shot” der britischen Armee aus, sodass keine Werkzeuge mehr benötigt wurden. Große Rüstungsunternehmen sind diesem Beispiel gefolgt. Airbus hat AM eingesetzt, um Kanäle und Gehäuse für ein verbessertes Klimatisierungssystem im Hubschrauber H145 herzustellen, wobei jedes System nun 42 gedruckte Teile enthält. Der deutsche Kommunikationsspezialist EANT hat Stahlantennenhalterungen durch 3D-gedruckte Alternativen ersetzt und damit eine Gewichtsreduzierung von 38 Prozent, eine Zeitersparnis von 75 Prozent und eine Kostenreduzierung von 20 Prozent erzielt.

Kostengünstiger Werkzeugbau und beschleunigte Entwicklung

Techniken wie Fused Deposition Modelling (FDM) und P3™ Digital Light Projection verwenden Hochleistungspolymere mit der für Bohrführungen, Vorrichtungen, Formen, Gehäuse und Reparaturwerkzeuge erforderlichen mechanischen Stabilität und Oberflächenbeschaffenheit. In vielen Fällen rechtfertigen die Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit und Vorlaufzeit die Abkehr von bearbeiteten Metallen. Ebenso bedeutend ist jedoch die Verlagerung der Kontrolle, da die Einrichtungen nun in der Lage sind, das benötigte Material zu produzieren, ohne auf Lieferanten oder interne Warteschlangen warten zu müssen.

BAE Systems setzt zunehmend FDM ein, um die einmaligen Kosten im Zusammenhang mit dem Werkzeugbau für Flugzeuge zu reduzieren. In ähnlicher Weise verwendet Northrop Grumman Stratasys F900™-Drucker und Antero™ 840CN03-Polymer zur Herstellung großer Werkzeuge für Raketenmotoren. Durch den 3D-Druck eines drei Meter langen Raketenmotorkern-Formwerkzeugs in Abschnitten konnte das Unternehmen die Produktionszeit von über einem Jahr auf nur sechs Wochen reduzieren, was den Einfluss von AM auf einmalige Entwicklungskosten und Gesamtdurchlaufzeiten verdeutlicht.

Ein UAV-Prototyp von Taga: Mehrere Designvarianten wurden innerhalb weniger Stunden hergestellt. (Bild: Stratasys)

UAVs und die Beschleunigung der modernen Kriegsführung

Nirgendwo ist der Einfluss der AM so deutlich sichtbar wie in der rasanten Entwicklung unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs). In den umkämpften Gebieten von heute sind Geschwindigkeit, Anpassungsfähigkeit und lokalisierte Produktion von entscheidender Bedeutung. UAVs, deren Entwicklung früher Jahre dauerte, werden heute innerhalb von Wochen oder sogar Tagen entworfen, getestet und eingesetzt.

Der Konflikt in der Ukraine ist ein eindrucksvolles Beispiel dafür. Zu Beginn des Krieges erzielten die ukrainischen Streitkräfte mit Bayraktar TB2-UAVs in einem relativ wenig umkämpften Luftraum bemerkenswerte Erfolge. Mit der Verstärkung der Luftabwehr veränderte sich jedoch das Einsatzumfeld rapide. Was folgte, war eine beispiellose Welle von Drohneninnovationen, bei der beide Seiten mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit neue Plattformen entwickelten und einsetzten.

Nach Angaben des European Council for Foreign Relations wurden innerhalb weniger Monate bis zu 100 verschiedene UAV-Typen eingeführt, von handflächengroßen First-Person-View-Systemen bis hin zu größeren Angriffsplattformen. Einige wurden von etablierten Lieferanten bezogen, während andere vor Ort zusammengebaut oder aus zivilen Konstruktionen adaptiert wurden. Allein im Jahr 2024 produzierte die Ukraine Berichten zufolge 1,3 Millionen UAVs verschiedener Typen, was fast einer Verdopplung der Produktion gegenüber dem Vorjahr entspricht.

Eine neue Normalität für die Rüstungsindustrie

Die jüngsten Konflikte haben die Erwartungen an die Konzeption, den Bau und die Instandhaltung militärischer Systeme neu geprägt. Lange Beschaffungszyklen und starre Lieferketten weichen einer schnellen Iteration, einer dezentralen Produktion und digitalen Fertigungsökosystemen.

Die AM steht im Mittelpunkt dieses Wandels. Ob es darum geht, die Instandhaltung alternder Plattformen zu ermöglichen, Kosten für Werkzeuge zu senken oder den Einsatz von UAVs in umkämpften Umgebungen zu beschleunigen – AM sorgt für Schnelligkeit, Widerstandsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit. Dies sind Eigenschaften, die für moderne Verteidigungsfähigkeiten von zentraler Bedeutung sind.

Da Verteidigungskräfte und Industrie diese neue Normalität zunehmend akzeptieren, wird AM eine immer wichtigere Rolle bei der Gestaltung der Zukunft der militärischen Fähigkeiten spielen. In einer Zeit, die von Unsicherheit und raschen Veränderungen geprägt ist, könnte sich die Fähigkeit, auf Knopfdruck Fertigungskapazitäten zu schaffen, als entscheidend erweisen.