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Was waren die Trends für den 3D-Druck im Jahr 2020?

Am 10. Dezember 2020 von Michelle J. veröffentlicht

Das war’s, das Jahr 2020 neigt sich dem Ende zu! An dieses Jahr wird man sich noch lange erinnern. Ja, die Gesundheitskrise ist zweifellos das, was dieses Jahr am meisten geprägt hat. Wir wollen das Jahr noch einmal Revue passieren lassen und auf die Haupttrends des Marktes für die additive Fertigung im Jahr 2020 zurückkommen. Wir wollen all die Fakten, die die Branche erschüttert haben, noch einmal aufleben lassen. Was hat den Markt in diesem Jahr geprägt? Was waren die Innovationen, die beibehalten werden sollten? Was können wir für 2021 erwarten? Das alles erfahren Sie in diesem Artikel!

COVID-19 erschüttert die 3D-Druckindustrie

Im Jahr 2020 hatte die COVID-19-Pandemie Auswirkungen auf fast alle Tätigkeitsbereiche. Einer der anfälligsten Sektoren in den ersten Monaten der Pandemie war der medizinische Sektor. Dieser verfügte plötzlich nicht mehr über die nötige Ausrüstung, um den Folgen der Virusverbreitung zu begegnen. Zur Herstellung von Notfallausrüstung für medizinisches Personal und Patienten aus der ganzen Welt wurden schnell additive Fertigungstechnologien eingesetzt. Innerhalb weniger Tage gelang es Akteuren aus der 3D-Druckindustrie, kritische Geräte für den Gesundheitssektor wie Gesichtsschutzschilde oder Beatmungsgeräte und später COVID-19-Teststäbchen herzustellen. Krankenhäuser implementierten hausintern Lösungen zur Unterstützung dieser Produktion, auch Universitäten landeten ihre Geräte, und Hersteller wurden schnell zu Dienstleistern für das Gesundheitswesen.

Viele Akteure im 3D-Druck haben Millionen von Tupfern hergestellt | Bildnachweis: Formlabs

Letztendlich konnte der 3D-Druck viel schneller als andere Fertigungstechnologien agieren, was den Produktionsprozess flexibler machte. Er war nicht auf komplexe Lieferketten angewiesen, die nicht funktionieren konnten, weil Produktion und Lieferungen in China und Südostasien blockiert waren. Wir sprachen mit Sumeet Jain, Geschäftsführer von 3D Printing Solutions by Arkema, über die Auswirkungen der Pandemie auf den AM-Sektor: „Die COVID-Krise war eine Gelegenheit für den 3D-Druck, seinen Wertbeitrag rund um die digitale Fertigung und seine Fähigkeit zur Erfüllung von On-Demand-Produktionsanforderungen unter Beweis zu stellen. Darüber hinaus ist die Fähigkeit des 3D-Drucks, Hunderte von Entwürfen kurzfristig zu iterieren, ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal, um praktikable Lösungen zu entwickeln, mit denen eine unvorhergesehene Nachfrage befriedigt werden kann.“

Global gesehen war der Markt von der Pandemie betroffen, erholte sich aber schneller als erwartet. Das Marktforschungsunternehmen CONTEXT, das die Auswirkungen auf die 3D-Druckerbranche evaluiert hat, stellte fest, dass sich die Pandemie schneller als erwartet erholt hat: „Die Anforderungen an Drucker in allen Preisklassen stiegen, da sie zur Herstellung von pandemiebezogenen Artikeln, von PSA bis hin zu Nasen-Rachen-Abstrichen, verwendet wurden. Dies konnte zwar den Nachfragerückgang auf geschlossenen Märkten (wie Verbraucherprodukte, Bildungswesen, Dental- und Automobilindustrie) nicht vollständig kompensieren, aber es zeigte deutlich die Flexibilität der Technologie und zeigte, wie sie zur Überwindung von Unterbrechungen in der Lieferkette eingesetzt werden kann und in Zukunft in vielen Branchen so eingesetzt werden könnte.“ In der Tat wurde vielen Branchen bewusst, dass 3D-Drucktechnologien schwache Lieferketten stärken können und eine kluge Investition in die Zukunft darstellen würden.

Für die AM-Gemeinschaft bedeutete die COVID-19-Pandemie die Absage fast aller Veranstaltungen. Die Branche musste neue Wege finden, um sich zu treffen, weshalb digitale Veranstaltungen das ganze Jahr über sehr beliebt wurden. Formnext, die führende Veranstaltung in der Branche der additiven Fertigung, verwandelte ihre Veranstaltung ebenfalls in eine digitale Show. Tatsächlich bot das digitale Format den Unternehmen in einigen Fällen die Möglichkeit, mehr Menschen zu einem Bruchteil der Kosten für die Teilnahme an einer physischen Veranstaltung zu erreichen.

3D-Druck entwickelt sich weiter zu einer Produktionstechnologie

Wie wir im letzten Jahr berichtet haben, haben die 3D-Drucktechnologien immer wieder gezeigt, dass sie nicht nur eine Prototyping-Technologie sind. Sie können für die Produktion von Teilen in hohen Stückzahlen und für Endanwendungen eingesetzt werden. In Sculpteos neuestem Bericht zum Stand des 3D-Druckens bestätigten 50% der Befragten, dass sie die Technologie für die Endanwendungsteil-Produktion eingesetzt haben, außerdem war der Anteil der Rapid-Prototyping-Anwendungen zum ersten Mal seit 5 Jahren rückläufig.

Für die Großserienproduktion sind Skalierbarkeit und Wiederholbarkeit von entscheidender Bedeutung. Daher hat sich in den letzten Jahren der gesamte AM-Workflow industrialisiert, um die richtigen Bedingungen für diese Herausforderungen zu schaffen. In Bezug auf die Hardware wurden enorme Fortschritte erzielt, aber auch bei der Software und der Nachbearbeitungs-Hardware zeichnet sich ein Wandel ab. Beispielsweise hat PostProcess Technologies Ende 2019 20 Millionen Dollar aufgebracht, um die Entwicklung seiner Post-Processing-Lösungen zu beschleunigen. DyeMansion, Hersteller von Veredelungssystemen für die additive Fertigung, brachte 2020 ebenfalls 14 Millionen Dollar auf. Das niederländische Unternehmen AM-Flow, das Nachbearbeitungs- und Automatisierungslösungen anbietet, brachte später ebenfalls 4 Millionen Dollar auf. Aber die Nachbearbeitungsphase ist nur ein Teil der Gleichung, ein Großteil der Entwicklung drehte sich im Jahr 2020 um Software.

Mehr denn je müssen Nachbearbeitungsschritte automatisiert werden

3D-Drucksoftware wird unerlässlich

Wie Greg Kress, CEO von Shapeways, erklärt: „Skalieren bedeutet nicht einfach nur mehr zu tun, sondern 3D-Druck effizient und konsistent durchzuführen.“ Software ist für viele der Schritte im 3D-Druck unerlässlich: Verschachtelung, Vorbereitung der Bauplatten, Dateifixierung, aber auch für die Produktionsplanung. Im Jahr 2020 sind Unternehmen wie AMFG, MakerOS oder 3YOURMIND zu wichtigen Anbietern von MES-Lösungen geworden. MakerOS bietet zum Beispiel eine Cloud-basierte Plattform zur Zentralisierung aller Werkzeuge zur Skalierung eines 3D-Druck- oder Fertigungsdienstes. In ähnlicher Weise bietet 3YOURMIND eine Software zur Organisation der intelligenten Fabriken von morgen für Dienstleistungsanbieter, aber auch für Unternehmen, die die Technologie intern integriert haben. Die Nachverfolgung des AM-Prozesses, von der Erstbestellung des Teils bis hin zu seiner Produktion und Lieferung, wird zu einer Schlüsselfabrik zur Automatisierung der Produktion. 3YOURMIND sammelte Anfang September 2020 5,5 Millionen Dollar in einer Serie A+ Finanzierung.

Neben der wachsenden Zahl von Workflow-Lösungen werden auch integrierte CAD-Tools entwickelt. Netfabb zum Beispiel ist eine CAM-Software, die die Optimierung von Produktionsprozessen, die Verkürzung von Produktionszeiten und die Minimierung der Herstellungskosten für den 3D-Druck unterstützt. Sie bietet die erforderlichen Werkzeuge zur Rationalisierung von Arbeitsabläufen und zur Reduzierung von Konstruktionsfehlern vor der Fertigung. Autodesk hat mit der neuen Version von Netfabb Ende November 2020 neue Funktionalitäten hinzugefügt. Darüber hinaus zeigen auch Software-Startups wie Shapeshift 3D oder PrintSyst.ai der Branche, dass einige Schritte des AM-Workflows weiter optimiert werden können. Zum Beispiel fördert Shapeshift 3D die Anpassung durch seinen automatisierten Anpassungsprozess.

Software ist eine Schlüsselkomponente | Bildnachweis: BMW Group

Und schließlich wächst DfAM (Design for Additive Manufacturing) immer noch. Wie wir Ihnen im letzten Jahr berichtet haben, zeigen immer mehr Anwendungen den Einsatz von generativem Design oder Topologie-Optimierung, um die funktionale Leistung, Kosten und Zuverlässigkeit von Teilen mit additiver Fertigung zu optimieren. Ein Neuzugang auf diesem Markt ist TOffeeAM, das im Sommer über 1 Mio. $ aufbrachte. Die Software des Startups ist eine intelligente Konstruktionslösung für additive Fertigung, die auf generativem Design basiert. Das TOffeeAM-Team berichtete uns: „Wenn es eine neue Fertigungstechnologie gibt, neigen die Leute dazu, alte Entwurfsmethoden mit dem neuen Fertigungsverfahren zu verwenden. Neben der Optimierung von 3D-Druckteilen kann TOffee auch ganze Systeme optimieren, indem es die Gesamtzahl der Teile reduziert und die Belastbarkeit erhöht. Die Verwendung von AM mit Standarddesignmethoden schränkt die Flexibilität dieser Technologie ein. Unser Ziel ist es, das volle Potenzial von AM zu ermöglichen.“

Materialien sind der Schlüssel zur Erschließung neuer Anwendungen

Materialien standen auch in diesem Jahr wieder im Mittelpunkt vieler Weiterentwicklungen und zählten doppelt so viele Lieferanten wie vor zwei Jahren. Auf dem Markt für Thermoplaste werden Hochleistungspolymere wie PEEK, PEKK und ULTEM aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften übernommen. Darüber hinaus wurde Polypropylen, einer der weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffe, in diesem Jahr in größerem Umfang mit 3D-Pulverdrucktechnologien kompatibel gemacht. Polypropylen eignet sich aufgrund seiner Ermüdungsbeständigkeit, seiner Halbflexibilität und seines geringen Gewichts hervorragend für Anwendungen mit hohen Zyklen und geringer Festigkeit. BASF Forward AM hat in diesem Jahr Polypropylen in Industriequalität für die HP Jet Fusion 5200-Serie entwickelt.

HP und BASF haben ein neues Pulver PP entwickelt

Das Segment der Verbundwerkstoffe ist ebenfalls gewachsen; AREVO, ein Unternehmen, das die Produktion von Verbundwerkstoffen durch Digitalisierung und Automatisierung umgestalten will, hat in diesem Sommer weitere 25 Mio. $ an Fördermitteln aufgebracht. Darüber hinaus entwickelt das Start-up-Unternehmen Arris Composites seine Technologie weiter, um die Massenproduktion von hochfesten und gewichtssparenden Verbundwerkstoffteilen mit additiver Fertigung zu ermöglichen. Das Start-up sicherte sich Ende August 2020 eine Finanzierung von 48,5 Millionen Dollar. Obwohl Verbundwerkstoffe in der Regel auf kohlenstofffaserverstärkten Thermoplasten basieren, basieren die Verbundwerkstoffe von Fortify auf anderen Additiven, die den Photopolymeren zugesetzt werden. Zusätzlich arbeiteten Additive Composite und Add North an der Entwicklung von Nylonfäden, die mit Borkarbid, einem der härtesten Materialien auf dem Markt nach Diamant, verstärkt wurden. Insgesamt haben wir im Jahr 2020 viele Entwicklungen in diesem Segment festgestellt.

Nicht zuletzt ist Metall-AM nach wie vor ein wachsender Markt, der im Jahr 2020 auf 1 Milliarde Dollar geschätzt wird und dem für die nächsten Jahre ein jährliches Wachstum von über 27% vorausgesagt wird. Angesichts der einzigartigen Anforderungen an AM-Pulver entwickelt sich der AM-spezifische Markt für Pulver und die sich daraus ergebenden Lieferketten weiter. In der Tat ist das Pulverherstellungsverfahren für das AM-Verfahren noch immer eine Nische und teuer, jedoch ist es für die Industrialisierung des 3D-Drucks von Metall und die Herstellung zertifizierter Teile unerlässlich. AM-Pulver müssen spezifische Anforderungen in Bezug auf Morphologie, Reinheit und Partikelgrößenverteilung erfüllen. Darüber hinaus wird die Umweltbelastung durch die Herstellung von Metallzusatzstoffen im Vergleich zu konventionellen Produktionsmethoden als erheblich größer eingeschätzt, weshalb Organisationen und Hersteller in den kommenden Jahren verantwortungsvolle Strategien rund um diese Technologie planen müssen, wenn sie eine nachhaltige Zukunft für dieses Material erreichen wollen.

In diesem Bereich konzentriert sich das Start-up 6K, zunächst ein Forschungsprojekt am MIT, auf die Entwicklung von Hochleistungsmetallpulvern. Sie schaffen Legierungspulver, die wirklich kugelförmig sind, frei von Porosität und Satelliten, und die eine bessere Fließfähigkeit bieten. Diese Pulver werden in vielen Industriesektoren wie Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas, Turbinenschaufeln usw. Anwendung finden. Darüber hinaus sind Sandviks Titanpulver für den Einsatz in medizinischen Geräten zertifiziert worden, und die Nachfrage nach Aluminiumpulver auf dem AM-Markt wächst beträchtlich. Einem von Equispheres gesponserten Bericht zufolge wird diese Nachfrage bis 2023 auf über 695 Millionen Dollar steigen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 36,5% entspricht. Eine interessante Entwicklung ist schließlich das Multimaterialverfahren von Aerosint zum Drucken komplexer Teile mit zwei verschiedenen Metallen. Das komplexeste Teil wurde mit Edelstahl und einer Kupferlegierung hergestellt.

Die Entwicklung von für den 3D-Druck geeigneten Metallpulvern ist ein echtes Anliegen | Bildnachweis: 6K

Die Übernahme der Technologie durch die Sektoren verändert sich

Die Trends bei der Einführung dieser Technologie waren im Jahr 2020 sehr aufregend. In Sektoren wie der Medizin, der Luft- und Raumfahrt und sogar der Automobilindustrie florieren die Anwendungen bereits seit einigen Jahren und wurden auf 3Dnatives ausführlich behandelt. In Sektoren wie Öl und Gas, Bauwesen und Elektronik ist die Integration von AM jedoch langsamer vorangeschritten. Im Jahr 2020 erlebten die drei letztgenannten Branchen einen Aufschwung neuer Anwendungen.

Nach der Einführung robotergestützter 3D-Drucker haben sich die Aktivitäten in der Baubranche in diesem Jahr beschleunigt. Der dänische Hersteller COBOD stellte in Wallhausen, Deutschland, ein dreistöckiges Wohnbauprojekt mit 3D-gedruckten Wänden vor. Mit einer Fläche von 380 Quadratmetern wird dieses Gebäude das erste gewerbliche 3D-gedruckte Wohngebäude der Welt sein. Auf der anderen Seite hat ICON einen 3D-Drucker im Gantry-Stil für sein proprietäres Material Lavacrete entwickelt. Darüber hinaus ist das Unternehmen bei seinem jüngsten Projekt mit der NASA davon überzeugt, dass seine Lösung für den Bau auf dem Mond und außerhalb der Erde gut geeignet ist. Das Unternehmen sicherte sich in diesem Jahr eine Finanzierung in Höhe von 35 Millionen Dollar. Apropos Weltraumforschung: Relativity Space, das eine vollständig in 3D gedruckte Triebwerksrakete entwickelt hat, sicherte sich ebenfalls 500 Millionen Dollar. Diese jüngste Finanzierungsrunde zeigt auch, dass 3D-Drucktechnologien bei der Eroberung des Weltraums eine Zukunft haben. Die langfristige Vision von Relativity besteht darin, die industrielle Basis der Menschheit auf der Erde zu verbessern und eine solche auf dem Mars aufzubauen. Vorerst plant das Unternehmen die erste Rakete Anfang 2021 in die Umlaufbahn zu bringen.

2020

Die Nuklearindustrie befasst sich zunehmend mit der Integration der additiven Fertigung (Bildnachweis: ORNL)

Eine wachsende Zahl von Anwendungen im Bereich Öl und Gas ist entstanden. Tatsächlich bauen Forscher im Oak Ridge National Laboratory den ersten in 3D gedruckten Kernreaktor. Das Labor hofft, den ersten Kernreaktor dieses Typs im Jahr 2023 in Betrieb nehmen zu können, was es dem Nuklearsektor ermöglichen würde, fortschrittlichere und nachhaltigere Energiesysteme herzustellen. Schließlich verändert sich auch die Elektronikindustrie dank der additiven Herstellungsmethoden im Mikro- und Nanobereich. Startups wie Voltera demonstrieren die Vorteile des 3D-Drucks, um kleinere, feinere und präzisere Komponenten zu entwerfen als mit herkömmlichen Produktionsmethoden!

Eines ist sicher, das Jahr 2020 ist ein ereignisreiches Jahr gewesen, das von einer globalen Gesundheitskrise erschüttert wurde, was aber nicht verhindert hat, dass der Markt der additiven Fertigung innovativ ist und sich wieder erholt.

Was 2020 Ihrer Meinung nach im Bereich der additiven Fertigung geprägt?  Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook, Twitter LinkedIN oder Xing mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

* Bildnachweis für das Titelbild: Michal Kamaryt / CTK / Alamy

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