Das waren die 3D-Druck Trends 2021

Und so schnell ist wieder ein Jahr vorüber. 2021 war ein aufregendes Jahr für die Welt der additiven Fertigung. Nicht zuletzt, weil im Hinblick auf die Pandemie das Licht am Ende des Tunnels zu sehen war. In diesem Jahr kehrten die physischen Veranstaltungen mit großem Erfolg zurück. 17.859 Besucher aus 75 Nationen und mehr als 600 Aussteller aus 36 Ländern waren auf der Formnext anwesend. Erstaunlich ist aber auch die fortbestehende Zahl hybrider Veranstaltungen wie der Formnext Digital Days. Das zeigt, dass zukünftig neben physischen Veranstaltungen, auch digitale Veranstaltungen weiterhin relevant sein werden. Auch bei 3Dnatives‘ eigener Eventmarke ADDITIV konnten wir die anhaltende Nachfrage für virtuelle Veranstaltungen trotz den Covid-Lockerungen feststellen – unter anderem bei ADDITIV Automotive im September diesen Jahres. Dabei haben sich für die Branche jedoch auch die Auswirkungen der COVID-19 bemerkbar gemacht. So wurde im Wohlers Report 2021 aufgezeigt, dass die Branche zwar weiterhin wächst, aber deutlich weniger als in den Vorjahren: 7,5 % gegenüber einem Durchschnitt von 27,4 %. Darüber hinaus zeigt eine Umfrage zum Wachstum der 3D-Drucker Verkäufe, dass die Nachfrage zwar zugenommen hat, insbesondere bei den industriellen 3D-Druckern, die Verkäufe aber auch 2021 immer noch hinter denen von 2019 stehen.

Das liegt unter anderem daran, dass viele der vom 3D-Druck bedienten Branchen ebenfalls von der Pandemie betroffen waren. Der Luft- und Raumfahrtsektor, insbesondere die kommerzielle Luftfahrt, waren stark betroffen. Das wirkte sich auch auf den Markt für die additive Fertigung von Metallen aus, der stärker betroffen war als der für Polymere. In diesem Jahr, als der Flugverkehr wieder aufgenommen wurde, konnten sich diese Sektoren etwas erholen, ebenso wie der Metall 3D-Druck. Wie wir erklären werden, hat sich der Markt jedoch verändert. Was sind also die 3D-Druck-Trends im Jahr 2021? Und wie verändert sich die additive Fertigung? Wir wollen einige der Trends genauer erklären. Dazu zählt ein reiferer Markt mit Börsengängen von wichtigen Akteuren, ein stärkerer Fokus auf das Thema Nachhaltigkeit, mehr FDM-Lösungen für Nicht-Polymer-Materialien und ein wachsender Markt für den 3D-Druck im Bauwesen.

Zunehmende Marktreife der Additive Fertigung

Ein offensichtlicher Trend im Jahr 2021 war der Zusammenschluss von 3D-Drucker Herstellern und der Börsengang einiger Unternehmen. Entsprechend der zunehmenden Industrialisierung der Technologien hat das Geschäft  in diesem Jahr sicherlich geboomt. Das wohl bemerkenswerteste Beispiel ist Desktop Metal, das Unternehmen konnte sich von einem Start-up-Unternehmen  zu einem der wichtigsten Akteure auf dem AM-Markt in nur wenigen Jahren entwickeln. Im Februar erwarb Desktop Metal EnvisionTEC, das branchenführende Unternehmen für DLP-3D-Drucker, und zeigt damit Entschlossenheit in den Polymermarkt einsteigen zu wollen. Im Laufe des Jahres wurden weitere Akquisitionen getätigt, darunter Aerosint im Juli, um in den Mutlimaterial-Markt vorzudringen. Eine überraschende Ankündigung folgte im August, als das Unternehmen den Zusammenschluss mit dem führenden Hersteller der Binder-Jetting Technologie, ExOne, bekannt gab.

Desktop Metal war aber nicht das einzige Unternehmen, das sich weiterentwickelte. Im Laufe des Jahres gab es weitere große Übernahmen, dazu zählt die Übernahme von 3D Hubs durch Protolabs für 280 Millionen Dollar Anfang des Jahres und die Übernahme von Link3D durch Materialise für 33,5 Millionen Dollar im November. Darüber hinaus gaben mehrere Unternehmen die Absicht bekannt, an die Börse zu gehen, dazu zählen VELO3D, Markforged, Xometry, Shapeways und Essentium. Das Ergebnis ist ein reiferer Markt, da sich die Unternehmen zunehmen von Start-ups zu großen, teils börsennotierten Unternehmen weiterentwickelt haben.

Aidro gilt als Pionier in der Serienproduktion von Hydraulik- und Fluidsystemen der nächsten Generation und wurde von Desktop Metal in diesem Jahr übernommen (Bild: Business Wire)

Der Markt wurde auch von Investitionen angetrieben, die sich Berichten zufolge rentiert haben sollen. In der Essentium-Umfrage Anfang des Jahres stellte CEO Blake Teipel fest: „Die Fertigungsunternehmen knacken endlich den Code zur Produktion von Großserien, jetzt gibt es kein Zurück mehr. Es besteht kein Zweifel, dass AM-Investitionen einen zentralen Platz in den Strategien der Unternehmen einnehmen, insbesondere jener, die ihre Konkurrenten übertreffen wollen.“ Im Jahr 2021 wurden große Investitionen getätigt. DyeMansion, der Hersteller von Nachbearbeitungslösungen, sammelte 14 Mio. USD für die Produktion von Fertigteilen ein, während ICON 207 Mio. USD in einer Serie-B-Finanzierung und Fabric8Labs 19,3 Mio. USD in einer Serie-A-Finanzierung einnehmen konnten, so wie viele andere Unternehmen und Start-ups. Mit großem Interesse werden wir mitverfolgen können, wie sich das Geschäft im Jahr 2022 weiterentwickeln wird: nach diesem produktiven Jahr sind die Erwartungen groß.

Mehr Nachhaltigkeit im 3D-Druck 2021

Der 3D-Druck spiegelte im Jahr 2021 auch viel größere Trends mit globaler Bedeutung wider. So sehen wir beispielsweise, dass immer mehr Unternehmen und Regierungen angesichts der Klimakrise auf umweltfreundlichere Lösungen umsteigen wollen. Die NASA bemerkte, dass die letzten sieben Jahre die wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen waren, und nach Angaben des Zwischenstaatlichen Ausschusses der Vereinten Nationen für Klimaänderungen (IPCC) werden die Temperaturen in den nächsten zwei Jahrzehnten wahrscheinlich um 1,5 Grad Celsius steigen. Die additive Fertigung zählt zu den Technologien, die dank ihrer Fähigkeiten, den Materialabfall im Vergleich zu traditionelleren Fertigungsmethoden reduziert. In diesem Jahr scheint das Thema Nachhaltigkeit für viele Akteure besonders wichtig zu sein.

Ein Indikator für die zunehmende Bedeutung der Nachhaltigkeit ist die verstärkte Präsenz der AMGTA. Die AMGTA (Additive Manufacturer Green Trade Association) ist eine globale Handelsorganisation, die gegründet wurde, um die ökologischen Vorteile der additiven Fertigung zu fördern. Bereits 38 Unternehmen, darunter Stratasys, ExOne, EOS, BASF, Siemens, 3D Systems, GE Additive und andere, sind Mitglieder der Organisation. Diese haben auch auf der diesjährigen Formnext im Rahmen von Konferenzen mitgeteilt, dass weniger geredet und mehr gehandelt werden muss, damit sich die additive Fertigung als nachhaltige Fertigungsmethode etablieren kann. Insbesondere riefen die Botschafter andere Unternehmen dazu auf, Schwachstellen entlang der gesamten additiven Wertschöpfungskette zu identifizieren, um ökologische Schwachstellen aufdecken zu können. Sherry Handle, Geschäftsführerin der AMGTA, erklärte in unserem kürzlich erschienenen Artikel über Nachhaltigkeit und additive Fertigung: “Unsere Mission startet nun ins dritte Jahr und wir verfügen inzwischen über ein solides Fundament, auf dem wir aufbauen können. Im Jahr 2023 und darüber hinaus wollen wir weiterhin in strategisch rigorose Forschungsprojekte zur Nachhaltigkeit in der additiven Fertigung investieren und mit den Mitgliedern gemeinsam die AMGTA zum Schlüssel für die Branche werden lassen, indem wir uns für die Förderung der Nachhaltigkeit in der AM-Industrie einsetzen.“

Und der Wandel scheint tatsächlich zu kommen. In diesem Jahr gab es zahlreiche Fortschritte bei den Materialien, damit diese nachhaltiger werden. Und das geschieht auf unterschiedliche Weise. Einige Hersteller wollen Materialien aus Abfällen oder anderen recycelten Materialien herstellen, um eine Kreislaufwirtschaft zu schaffen. So brachte Covestro ein neues PET-3D-Druckmaterial auf den Markt, das aus recycelten PET-Abfällen hergestellt wurde, Sindoh stellte ein Pulver her, das vollständig aus recycelten Materialien besteht, und Recreus präsentierte sein zu 100 % recyceltes TPU-Filament. Es gab aber auch Projekte zur Entwicklung von Materialien, die an sich schon umweltfreundlicher sind. NonOilen von Fillamentum sollte das erste zu 100 % biologisch abbaubare Filament für den 3D-Druck sein, das vollständig aus biobasierten Polymeren besteht. PolyTerra von Polymaker war eine Mischung aus beidem, indem organische Mineralien mit PLA kombiniert wurden, wodurch der Kunststoffanteil im Filament erheblich reduziert werden kann.

Wir sehen aber auch neue Forschungsergebnisse, die die Innovationskraft der additiven Fertigung für Nachhaltigkeitsprojekte unterstreichen. So hat das National Renewable Energy Laboratory daran gearbeitet, die Recyclingfähigkeit von 3D-gedruckten Windturbinenflügeln zu verbessern und damit den Weg für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft zu ebnen, wobei gleichzeitig in umweltfreundlichere Energieprojekte investiert wird. Ford kündigte in diesem Jahr eine Partnerschaft mit HP an, um Autoteile mit recycelten 3D-Druckmaterialien herzustellen. Dieses Projekt war besonders bemerkenswert, da es recyceltes Pulver anstelle von Filament verwendete. Debbie Mielewski, technische Mitarbeiterin bei Ford, kommentierte die Ankündigung wie folgt: „Viele Unternehmen bieten bereits großartige Anwendungsmöglichkeiten für ihre 3D-Drucktechnologien, aber gemeinsam mit HP sind wir die ersten, die eine Anwendung für Abfallpulver finden, das sonst auf der Mülldeponie gelandet wäre, indem wir dieses in funktionale und haltbare Autoteile verwerten.“ Darüber hinaus gelang es Aectual 3D-gedruckte Pflanzen aus recyceltem Kunststoff herzustellen, in einem weiteren Projekt wurden 3D-gedruckte Balken aus recyceltem Kunststoff hergestellt, um Stahlbeton zu ersetzen.

Extrusion abseits von Polymeren

Ein weiterer Trend, den wir 2021 beobachten konnten, war die fortschreitende Demokratisierung des 3D-Drucks, vor allem bei Nicht-Polymer-Materialien. Damit gemeint ist der zunehmende Einsatz des 3D-Drucks basierend auf Extrusion (FDM) für Materialien wie Keramik und Metall. Sowohl Metalle als auch Keramiken sind beliebte Werkstoffe in der additiven Fertigung, da die Materialien in vielen wichtigen Sektoren wie der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik für Teile, teilweise auch für die Endanwendung, Anwendung finden. Allerdings waren die Geräte, mit denen diese Materialien gedruckt werden können, bisher für viele unerschwinglich, die Möglichkeiten begrenzt. Mit der zunehmenden Verbreitung der Desktop-FDM-Drucker, die Metalle und Keramiken drucken können, wird die Technologie nun zugänglicher, da die Drucker billiger und oft einfacher zu bedienen sind als komplizierte laserbasierte Maschinen.

Und die Akteure wollen dieser Nachfrage gerecht werden. Zu den bedeutendsten Herstellern in diesem Sektor zählt natürlich Desktop Metal, das Unternehmen, wie bereits beschrieben, konnte in diesem Jahr ein enormes Wachstum verzeichnen. Aber in diesem Jahr gab es eine Reihe von Unternehmen, die ihre eigenen FDM-Metalllösungen auf verschiedene Weise auf den Markt gebracht haben. Zunächst stellten bekannte Polymer-FDM-Hersteller wie BCN3D, Ultimaker und Makerbot Metallfilamente ihre neuen Lösungen vor, darunter speziell angepassten Düsen und anderes Zubehör. Damit ermöglichen die Hersteller es den Anwendern, ihre vorhandenen Polymergeräte aufzurüsten, wodurch Kosten gesenkt und Anwender eine kostengünstigere Option für den 3D-Druck von Metall erhalten.

Im Jahr 2021 wurden mehr Desktop-FDM-Lösungen für Nicht-Polymer-Materialien vorgestellt. Hier zu sehen die Metal X Solution von Markforged (Bild: Markforged)

Darüber hinaus werden auch Komplettlösungen auf den Markt gebracht. Sowohl Raise3D als auch 3DGence kündigten an, 2022 FDM-Metalldrucker auf den Markt bringen zu wollen. Sebastian Sczasny, CEO von 3DGence, erklärt die Entscheidung, die ELEMENT-Reihe auf den Markt zu bringen wie folgt: „In den letzten zwei Jahren hat die Metall-FFF-Technologie als erschwinglicher Einstieg in das Prototyping und die Produktion von Metallteilen erhebliche Fortschritte gemacht. Die Zahl der Desktop-Systeme, die marktübliche Metallfilamente drucken können, hat zugenommen, und die derzeitigen industriellen Hauptakteure verzeichnen trotz der wirtschaftlichen Auswirkungen von Covid-19 ein stetiges Wachstum.“ Auch keramische 3D-Drucker erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, dazu zählen beispielsweise die Geräte von Nanoe. Da der 3D-Druck von Metall und Keramik immer beliebter wird, könnten diese FDM-Lösungen dazu beitragen, die additive Fertigung in neuen Branchen zu etablieren. Es handle sich dabei um eine kostengünstige und benutzerfreundliche Möglichkeit, die Technologie für mehr Unternehmen zugänglich zu machen, insbesondere für absolute Anfänger im 3D-Druck. Im kommenden Jahr wird es spannend sein, die Reaktion auf diese Keramik- und Metallextrusionslösungen mitzuverfolgen und zu beobachten, ob noch mehr Hersteller diese Art von 3D-Drucker auf den Markt bringen.

3D-Druck boomt im Bauwesen

Die Idee, den 3D-Druck auch zur Konstruktion im Bauwesen einzusetzen, ist nicht neu. Neu ist jedoch, die große Zahl der Projekte die tatsächlich realisiert wurden. Denn es handelt sich nicht mehr nur um einen Gedanken, sondern inzwischen finden wir wirklich 3D-gedruckte Häuser auf mehreren Kontinenten, unter anderem in Europa und Nordamerika. Auch eines unserer 3D-Druck Startups des Monats, ICON, hat zahlreiche Mehrfamilienhausprojekte in Texas umgesetzt. Seit dem ersten gedruckten Haus im März 2018 wurden mittlerweile rund 20 Gebäude entworfen.

Doch dabei bleibt es nicht. Der 3D-Druck wurde zudem als potenzielles Instrument für den Guten Zweck identifiziert, mit welchem humanitäre Probleme in Angriff genommen werden können, insbesondere jene im Zusammenhang mit Wohnungskrisen. Habitat for Humanity hat mit der Arbeit an einem 3D-gedruckten Einfamilienhaus mit drei Schlafzimmern und zwei Bädern in Arizona begonnen, um die Wohnungsnot im Bundesstaat entgegenzuwirken. COBOD wurde auch für den Druck von Häusern in Indien, Deutschland, Florida und anderen Ländern eingesetzt. Zusammen mit 14trees wurde der Drucker zum Bau einer Schule in Afrika eingesetzt. Darüber hinaus stellen immer mehr Unternehmen Pläne für 3D-gedruckte Wohnsiedlungen vor, insbesondere für den Bau preisgünstiger Wohnungen. Ein Beispiel sind die Pläne von Twente Additive Manufactring (TAM) und World Housing für ein 3D-gedrucktes Dorf in Kanada, das der Obdachlosigkeit in der Gemeinde ein Ende setzen soll. Und schließlich wurde in diesem Jahr das TECLA-Projekt von WASP fertiggestellt, ein Projekt zur Verwirklichung von nachhaltigem Wohnraum.

TECLA von WASP vereint zwei unserer 3D-Druck-Trends für 2021: Bauwesen und Nachhaltigkeit (Bild: WASP)

Neben diesen Projekten konnten in diesem Jahr 3D-gedruckte Häuser kommerzialisiert werden. Im Februar brachte SQ4D in Long Island das erste 3D-gedruckte Haus für 299.999 $ auf den Markt. Außerdem wurde das erste 3D-gedruckte Haus in Deutschland eingeweiht, das ebenfalls mit einem BOD 2-Drucker hergestellt wurde. Das berühmte Fibonacci-Haus von TAM ist nun offiziell das erste 3D-gedruckte Haus, das auf Airbnb gelistet ist und Reisenden sowie 3D-Druck-Enthusiasten ermöglicht, eine Nacht in diesem einzigartigen Haus zu verbringen. Im Jahr 2022 erwarten wir die Fertigstellung von mehr 3D-gedruckten Häusern und weitere innovative Projekte von Unternehmen, welche zu den führenden Akteuren der additiven Fertigung im Bauwesen zählen.

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*Titelbildnachweis: Pro beam