Additive Manufacturing: wanneer moet jouw bedrijf instappen?

De impact van 3D printen mag niet worden onderschat en daarom moeten managers en beleidsmakers rekening houden met de ontwrichtende effecten van 3DP op hun bedrijf en maatschappij en hun plannen klaar hebben. Dat zegt Dr. Rob Martens, die promoveerde op het thema. Vanwaar die boude bewering?

De evolutie van 3D-printen

Driedimensionaal printen, 3D-printen, of kort “3DP”, zijn benamingen voor de technologie die officieel Additive Manufacturing (AM) heet, een productieproces dat in 1983 werd uitgevonden door de Amerikaan Charles (Chuck) Hull. Buiten kantooruren was Chuck op zoek naar een oplossing die hem kon helpen om sneller prototypes te maken. Op basis van de technologie van een inkjet printer vond Hull een machine uit die producten kon creëren, laag voor laag. Jarenlang werd deze technologie, toen nog vaak Rapid Prototyping (RP) genoemd, vooral daarvoor gebruikt: prototypes maken. De eerste gebruikers kwamen uit de automobiel- en luchtvaartindustrie, later gevolgd door de implantaten-, hoortoestellen-, gezondheidszorg- en defensiesectoren.

Na het verstrijken van een aantal essentiële octrooien in de jaren 2000, betraden meer concurrenten de arena, resulterend in een aanzienlijke groei in de beschikbaarheid van AM-apparatuur. In het begin waren het voornamelijk de doe-het-zelvers en de “maker movement” die 3DP gebruikten, maar sindsdien heeft AM een dramatische transformatie ondergaan die nog steeds aan de gang is. Sommige wetenschappers verwachten dat de schaal en kwaliteit van de AM-technologie binnenkort voldoende zal zijn toegenomen om de reguliere markten te bedienen. General Electric investeert bijvoorbeeld al aanzienlijk in AM-fabrieken om hun afhankelijkheid van leveranciers te verminderen, de levensduur van hun vliegtuigmotoren te verlengen en om te produceren voor hun vliegtuigmotoren. Uit deze voorbeelden blijkt dat de productie van additieven nu een stadium van volwassenheid heeft bereikt waardoor de fabricage van industrieel gemaakte producten mogelijk is.

AM-technologie bouwt dus items laag voor laag op waardoor een vrijwel volledige ontwerpvrijheid en productie van op maat gemaakte producten in kleine series mogelijk is. Ontwerp en productie kunnen van elkaar worden ontkoppeld waardoor lokale productie denkbaar is, wat geavanceerde bedrijfsmodellen en vereenvoudigde toeleveringsketens mogelijk maakt. Daarnaast zijn producten gemaakt met behulp van AM vaak lichter en sterker dan traditioneel gemaakte producten. Bovendien dragen artikelen die met AM worden geproduceerd bij aan duurzaamheid omdat ze lichter kunnen worden ontworpen, lokaal kunnen worden geproduceerd, minder afval veroorzaken tijdens het productieproces en minder grondstoffen nodig hebben. Al deze aspecten zijn kenmerken van een disruptieve innovatie.

Het probleem

Het algemene bedrijfsprobleem is dat managers zich vaak niet aanpassen aan disruptieve innovaties, zoals AM. Additive manufacturing is zo’n ontwrichtende technologie die de bedrijfsmodellen en toeleveringsketens van meerdere organisaties beïnvloedt, waardoor gevestigde bedrijven worden bedreigd in hun voortbestaan. De kans hierop neemt aanzienlijk toe omdat de wereldmarkt voor producten die door AM zijn gemaakt de afgelopen 25 jaar met meer dan 25% per jaar is gegroeid. De belangrijkste vraag die managers zich moeten stellen is: waar kan AM waarde toevoegen aan onze organisatie? Wanneer is het beste moment om te investeren? En is niets doen een optie?

De uitdagingen waarmee bedrijven worden geconfronteerd

In 1997 introduceerde Harvard-professor Clayton Christensen de “disruptive technology”-theorie, later hernoemd tot de “disruptive innovation”-theorie. Dit concept beschrijft een proces waarbij mensen in eerste instantie innovatieve producten of diensten gebruiken in eenvoudige situaties buiten hun reguliere toepassing. Vervolgens nemen deze disruptieve innovators de bestaande markt over en drukken ze uiteindelijk gevestigde bedrijven uit de markt. Denk aan het lot van eens beroemde namen als Xerox, Kodak, Videoland, TDK en Winkler Prins.

In het begin presteren zulke disruptieve technologieën vaak minder goed dan de bestaande. Langzaamaan verbetert deze technologie in prestaties of prijs totdat aan de eisen van de reguliere markt wordt voldaan; dit is het moment dat de disruptieve technologie de bestaande verdringt en nieuwe bedrijven onaangepaste firma’s vervangen. Sommige organisaties gebruiken nieuwe technologieën op een strategische wijze door ze om te zetten in een disruptieve technologie. In plaats van hun aandacht te vestigen op producten, focussen deze innovators zich op een nieuw disruptief bedrijfsmodel.

De opkomst van AM-technologie vertoont een vergelijkbaar patroon zoals beschreven in Christensen’s theorie. Al in zijn 2013 State of the Union verklaarde president Obama dat 3DP het “potentieel heeft om de manier waarop we bijna alles maken te veranderen”. Driedimensionaal printen heeft nog niet hetzelfde acceptatieniveau bereikt als traditionele productiemethoden maar er bestaan aanwijzingen dat AM de derde industriële revolutie aanwakkert. Additive Manufacturing zal conventionele bedrijfsmodellen en toeleveringsketens antiek maken vanwege haar ontwrichtende aspecten: schaalvoordelen spelen geen rol meer, minder investeringen zijn nodig om te beginnen met de productie van een breed scala aan verschillende goederen en de opkomst van de “maker”-beweging, waar consumenten productontwerpers en producenten worden, zgn. “prosumers”.

Om antwoord te geven op de vraag waarom AM, ondanks haar hogere kosten, door velen wordt beschouwd als de volgende industriële revolutie is het zinvol te kijken naar het ontstaan van 3DP. Deze techniek is ontwikkeld vanuit de noodzaak om prototypes sneller te kunnen maken; een vereiste dat niet was gericht op lagere kosten maar op snelheid. Later begreep men dat 3DP de mogelijkheid bood voor het maken van seriële producten. Bovendien, bij het gebruik van AM voor meer dan prototyping alleen, ontdekten gebruikers de mogelijkheid om producten met een uniek en geavanceerd ontwerp te creëren.

Productievoordelen van 3D-printen

AM-technologie bouwt items laag voor laag op waardoor nu vrijheid van ontwerp en de productie van op maat gemaakte producten in kleine series mogelijk wordt. Waar het bij traditionele productiemethoden nodig is om de geometrie van een product zorgvuldig te bestuderen om te begrijpen hoe het te vervaardigen en te monteren, hoeven AM-gebruikers alleen maar te weten hoe ze de 3DP-apparatuur moeten bedienen en welke materialen te gebruiken. Vanwege lokale productiemogelijkheden maakt AM het mogelijk om ter plekke onderhoud uit te voeren of noodhulp te bieden op moeilijk bereikbare plaatsen, zoals schepen, afgelegen installaties, ruimtestations of gebieden die getroffen zijn door natuurrampen. Een van de meest in het oog springende voordelen van AM is de mogelijkheid om geavanceerde en complexe productontwerpen toe te passen en gewichtsvermindering te bereiken door deze ontwerpvrijheid en drastische vereenvoudiging van de stuklijst.

Producten gemaakt met behulp van 3DP kunnen lichter en zelfs sterker zijn dan traditioneel gemaakte onderdelen. In combinatie met de mogelijkheid om het ontwerp te optimaliseren hebben sommige bedrijven opmerkelijke resultaten geboekt in het verbeteren van bepaalde onderdelen: ingenieurs van Airbus gebruikten AM om onderdelen te maken die daardoor 67% lichter werden en General Electric ontwierp een nieuw spruitstuk voor hun vliegtuigmotoren uit één geheel waar het oorspronkelijk uit 18 verschillende onderdelen bestond en het gewicht met 84% werd verminderd. Deze gewichtsbesparingen leidden tot minder brandstofverbruik.

De impact van Additive Manufacturing op toeleveringsketens

Een van de meest prominente voordelen voor supply chains zijn de nieuwe bedrijfsmodellen die mogelijk worden, zoals de verkoop van ontwerpen in plaats van producten, het leveren van maatwerk en het verminderen van leveranciers, kortere levertijden, reductie van voorraden en minder transportbewegingen. Als gevolg van de mogelijkheid om ontwerpen te combineren met productie ondersteunt AM het concept van servitization van de productie. Vanwege al deze aspecten zouden bestaande bedrijven nu serieus moeten beginnen met het ontwikkelen van innovatieve businessmodellen waar AM een rol speelt.

AM-technologie minimaliseert het aantal knooppunten in een toeleveringsnetwerk en maakt gelokaliseerde productie van op maat gemaakte producten in kleine fabrieken mogelijk. Deze verminderde complexiteit verlaagt het risico op verstoringen van de supply chains. Vanwege het effect van AM op bestaande toeleveringsketens zullen productielocaties verhuizen, consumenten producenten worden en productieactiviteiten worden teruggehaald van lagelonenlanden. Een ander type (hoger geschoolde) arbeidskrachten zullen nodig zijn en traditionele productontwerpen zullen veranderen.

De moderne maakindustrie is een zeer concurrerende wereldwijde markt die te maken heeft met een toenemende vraag van klanten naar innovatieve en op maat gemaakte of geïndividualiseerde producten die snel moeten worden geleverd. Omdat de levensduur van goederen afneemt, is een snellere “time-to-market” vereist. Additive Manufacturing kan deze verwachting waarmaken.

Duurzaamheid

Driedimensionaal printen maakt duurzame productie mogelijk. In vergelijking met goederen die op conventionele wijze zijn vervaardigd, vereist AM-technologie minder energie bij het produceren van kleine series. Aangezien 3D-geprinte producten minder langeafstandsvervoer nodig hebben zal CO₂-uitstoot naar verwachting afnemen. Beide aspecten kunnen milieuvervuiling verminderen. Bovendien kan AM de werkgelegenheid terugverplaatsen van lagelonenlanden naar meer ontwikkelde landen, wat op zijn beurt werkloosheid in achterstandsgebieden kan verminderen.

Het gebruik van AM kan helpen om huidige ecologische uitdagingen op te lossen zoals grondstofschaarste en milieuvervuiling omdat dit productieproces nauwelijks afval genereert. Dit vraagstuk wordt steeds belangrijker voor bedrijven. Echter, het nettorendement voor het milieu van 3DP door speciaal op maat gemaakte artikelen is momenteel nog niet duidelijk.

Is uw markt klaar voor deze innovatie?

Producten gemaakt met nieuwe technologieën zijn vaak aantrekkelijk voor pionierende eerste gebruikers vanwege hun bijzondere aspecten, zoals handiger in het gebruik, of omdat ze goedkoper, kleiner of flexibeler zijn dan bestaande items. Vaak zijn de meest winstgevende klanten van gevestigde bedrijven in eerste instantie niet geïnteresseerd in deze innovaties en daarom kunnen zulke marktverstoorders hun innovatieve technologieën testen in kleinere markten die bestaande bedrijven doorgaans negeren.

Christensen ontdekte dat startende bedrijven die disruptieve innovaties introduceren vaak slankere (“lean”) organisatiestructuren hebben, wat resulteert in aanzienlijk lagere bedrijfskosten dan gevestigde firma’s; iets wat de aantrekkelijkheid van deze nieuwkomers op de markt verder vergroot. Tegen de tijd dat bestaande bedrijven zich de bedreiging door zo’n disruptieve technologie realiseren, besluiten ze meestal ook om deze technologie over te nemen. Echter, omdat deze gevestigde bedrijven vaak te laat zijn of niet in staat zijn om vergelijkbare prijsniveaus aan te bieden, verliezen ze al snel marktaandeel. Door voortdurende technologische verbeteringen worden deze disruptieve innovaties snel aantrekkelijk voor de gemiddelde gebruiker.

De term disruptief heeft vaak een alarmerende klank of wordt regelmatig als buzzwoord gebruikt, maar managers kunnen testen of deze theorie van toepassing is voor hun situatie. Om het verstorende potentieel van een innovatie te bepalen, moeten bedrijfsleiders drie vragen beantwoorden: 1) bestaat er een grote groep potentiële consumenten die momenteel dit product of deze dienst niet kunnen kopen, 2) zijn er potentiële klanten die geïnteresseerd zijn in het kopen van zo’n product of dienst tegen een lagere prijs en daarbij mindere prestaties accepteren, en is ons bedrijf in staat om daarmee een winstgevend businessmodel te creëren en 3) is deze innovatie ontwrichtend voor alle gevestigde exploitanten of alleen voor een kleine groep?

Conclusie

Wanneer ze geconfronteerd worden met een verstoring van hun markt moeten managers weten hoe ze dienen te reageren. De drie mogelijke reacties op een ontwrichtende innovatiedreiging zijn: de verstoorders verslaan, toetreden of wachten. Leiders worden wel gewaarschuwd voor het gevaar van het niet herkennen of adequaat reageren op zo’n innovatie. Denk bijvoorbeeld aan nu verouderde technologieën: schrijfmachines, bandrecorders, videorecorders, vaste telefoons of diskettes. Zoals gezegd: de impact van de AM-technologie mag niet worden onderschat, en managers en beleidsmakers houden best nu al rekening met de ontwrichtende effecten van 3DP op hun bedrijf en maatschappij.

Tijdens ESEF Maakindustrie & Technishow

Dr. Martens’ promotieonderzoek “Strategieën voor het toepassen van additieve productietechnologieën in bedrijfsmodellen” is beschikbaar in boekvorm of als PDF bij de auteur op info@3dstrategies.nl. Ook kunt u drie Podcasts  beluisteren waarin Martens verder ingaat op de disruptie die 3D-printen op supply chains veroorzaakt.

Meer weten?

Kom naar de presentatie van Dr. Rob Martens tijdens ESEF Maakindustrie / Technishow op vrijdag 20 maart 2020, 13.00 uur.