5 тенденций, формирующих рынок материалов для 3D-печати в 2019 году

Какие тенденции формируют рынок материалов в быстро развивающейся индустрии 3D-печати?

Наряду с оборудованием и программным обеспечением материалы являются одним из трех ключевых столпов, на которых основана 3D-печать. Согласно отчету Wohlers Report 2019, сегмент материалов для 3D-печати продемонстрировал рекордный рост в 2018 году из-за все более широкого использования 3D-печати для серийного производства.

В 2019 году этот рост будет только продолжаться, чему способствует ряд тенденций, которые мы рассмотрим подробнее ниже.

1. Композитная 3D-печать набирает популярность

Одна из ключевых новых возможностей в области материалов для 3D-печати связана с композитами. Отчет SmarTech Analysis предсказывает, что глобальный рынок композитной 3D-печати будет расти со среднегодовым темпом роста 22,3% в течение следующих пяти лет. Это указывает на возможность создания высокой стоимости - такой, при которой композитная 3D-печать может составить немалую долю на рынке производства композитов в целом.

В 3D-печати композиты обычно содержат сердцевинный полимерный материал, такой как нейлон, и армирующий материал, такой как рубленое или непрерывное волокно. Композитный материал обладает более высокой прочностью и жесткостью по сравнению с неармированными полимерами. В некоторых случаях он может даже заменить такие металлы, как алюминий.

Эти улучшенные свойства материала делают композиты востребованными материалами для изготовления инструментов и конечного использования в различных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, автомобильная, энергетическая и нефтегазовая.

Конечные применения композитной 3D-печати

Яркий тому пример - Shawcor. Благодаря композитной 3D-печати канадская глобальная энергосервисная компания сэкономила 1,6 млн канадских долларов (примерно 1,2 млн долларов США).

Компании требовалось специальное устройство для переноса больших ленточных прокладок, которые были бы слишком тяжело одному человеку делать. Однако компания столкнулась с безнадежной ситуацией:либо тратить слишком много времени и денег на создание нестандартной машины традиционными методами, либо терять прибыль из-за ее отсутствия.

Однако, используя композитный 3D-принтер Markforged, команда Shawcor смогла создать детали для создания настраиваемой загрузочной машины. Около 50% всех 53 запечатанных деталей были усилены кевларом, стекловолокном HSHT или углеродным волокном, которые использовались для замены деталей из алюминия и листового металла.

Композитная рама велосипеда, напечатанная на 3D-принтере, - еще одно интересное применение этой технологии. В отличие от традиционных композитных рам, велосипедная рама Arevo была напечатана как единая деталь. Благодаря своей роботизированной композитной 3D-технологии, Arevo может производить велосипедные рамы за считанные дни, в отличие от месяцев разработки, необходимых для традиционных методов.

Подобные приложения демонстрируют в значительной степени неиспользованные возможности композитной 3D-печати и потенциал огромного роста этого сектора.

Разработка материалов

Постоянная разработка материалов способствует развитию композитной 3D-печати. Например, Markforged, пионер композитной 3D-печати, недавно представил Onyx FR, первый огнестойкий композитный материал.

Материал - нейлон, армированный непрерывными прядями углеродного волокна. Но кроме того, Onyx FR является самозатухающим - это означает, что он может перестать гореть в течение нескольких секунд.

Markforged заявляет, что Onyx FR откроет больше возможностей для использования 3D-печати в автомобильной, аэрокосмической и оборонной отраслях, поскольку этот материал соответствует более высоким стандартам пожарной безопасности.

Еще одна разработка принадлежит Techmer PM. Американский производитель материалов недавно объявил об открытии новой производственной линии большой мощности, предназначенной для производства полимеров, армированных углеродным волокном. Эти инвестиции были особенно стимулированы спросом со стороны производителей широкоформатных 3D-принтеров.

В том же духе Arkema открыла завод по производству материала Kepstan PEKK. Наблюдая «высокий спрос на композиты, армированные углеродным волокном, и на 3D-печать», компания сделала четкий шаг в его поддержку.

В секторе 3D-печати из композитных материалов, несомненно, ведется активная деятельность, которая выводит как технологии, так и сопутствующие материалы на новый уровень.

2. Производство материалов увеличивается

Еще одна ключевая тенденция на рынке материалов для 3D-печати связана с расширением бизнеса. Все больше компаний создают научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, а также предприятия по производству материалов, что способствует дальнейшей индустриализации технологии.

Например, в прошлом месяце американский производитель материалов Amastan Technologies объявил о приобретении AL Solutions, производитель рафинированных титановых материалов. Последний будет переименован в Amastan Additive и станет частью еще не построенного завода по производству металлического порошка AM в Амастане.

Благодаря запатентованной технологии рециклинга AL Solutions и плазменной технологии UniMelt ™, разработанной Amastan, компания теперь имеет хорошие возможности для того, чтобы стать одним из ключевых игроков в производстве титанового порошка AM.

Jabil - еще одна компания, продвигающая разработку материалов AM. Вдохновленная потребительским спросом, в январе этого года глобальная компания по оказанию производственных услуг запустила отдельное бизнес-подразделение Jabil Engineered Materials.

По словам компании, ограниченный выбор материалов стал серьезным препятствием для внедрения 3D-печати. Чтобы преодолеть это, новое подразделение будет сосредоточено на разработке, проверке и выводе на рынок материалов для промышленной 3D-печати.

Важно отметить, что Jabil будет не только использовать новые материалы для внутренних целей, но и поставлять их на открытый рынок, чтобы больше компаний может извлечь выгоду из более широкого выбора материалов. На данный момент компания выпустила PETg, PETg ESD, TPU 90 A и TPU 90 A ESD, но планирует выпустить больше в ближайшие месяцы.

Забегая вперед, мы ожидаем, что другие игроки отрасли начнут наращивать свои производственные мощности, чтобы не отставать от спроса. По мере развития этой тенденции она может дать огромный импульс всей индустрии 3D-печати.

3. Открытые материалы - это постоянно расширяющаяся концепция

Несмотря на постоянный прогресс, разработка материалов для 3D-печати все еще идет медленнее, чем можно было бы ожидать.

Одним из препятствий на пути к большему разнообразию материалов является патентованная природа многих материалов для 3D-печати. Многие производители 3D-принтеров разрабатывают свои машины для работы исключительно с материалами, которые они разрабатывают самостоятельно. Это ограничивает возможности их клиентов использовать сторонние материалы.

Запатентованная модель материалов обычно приводит к более высоким ценам на материалы и более медленным темпам инноваций для новых рецептур материалов.

Одним из возможных решений для преодоления этих ограничений является открытая модель материалов. Эта модель побуждает крупных производителей материалов сотрудничать с производителями 3D-принтеров и разрабатывать новые материалы для своих систем.

Такой подход имеет два ключевых преимущества. Во-первых, это помогает расширить выбор материалов для конечных пользователей. Во-вторых, это ускоряет процесс разработки материала.

Одной из самых больших историй успеха модели открытых материалов стала программа Ultimaker Material Alliance. Программа предполагает, что производители материалов обмениваются параметрами печати для своих материалов в специальной базе данных, доступной для клиентов Ultimaker. Видение, лежащее в основе этого, состоит в том, чтобы позволить клиентам надежно использовать сторонние нити на 3D-принтерах Ultimaker.

Запущенная в апреле 2018 года, программа теперь охватывает более 80 компаний, включая таких гигантов, как BASF, DSM, Arkema и Jabil.

Например, Arkema представила в прошлом месяце свою нить на основе PVDF, известную как FluorX. Этот материал разработан для печати высокопроизводительных деталей с исключительной термической и химической стойкостью.

Благодаря стратегии Ultimaker его клиенты теперь имеют доступ к большему количеству материалов с особыми свойствами, такими как ударопрочность и химическая стойкость, гибкость, прочность и многое другое.

Другие компании также принимают модель открытых материалов:к ним относятся HP, Origin и Prodways. Даже Stratasys, которая разрабатывала свои материалы собственными силами, признала, что компании необходимо «сотрудничать с другими для разработки более высокоэффективных материалов».

В конечном итоге мы увидим, что все больше компаний будут применять эту стратегию в ближайшие пару лет, что будет стимулировать еще более динамичную разработку материалов для 3D-печати.

4. Материальные затраты снижаются (медленно)

Высокая стоимость материалов для 3D-печати всегда была камнем преткновения. Одно исследование показывает, что стоимость сырья для материалов для 3D-печати может быть до десяти раз выше, чем у традиционных производственных материалов.

Естественно, точные затраты зависят от ряда факторов, таких как процесс 3D-печати и материалы, используемые при производстве.

Например, цена смол для 3D-печати SLA обычно колеблется от 50 долларов за литр для стандартных смол до 500 долларов за литр для профессиональных смол. Однако, по словам одного производителя смолы, стоимость смолы может составлять от 10 до 20 долларов за литр.

Есть несколько причин, по которым стоимость материалов для 3D-печати остается высокой. Во-первых, общий объем поставок материалов относительно невелик.

Во-вторых, большинство доступных материалов для 3D-печати являются проприетарными, поэтому пользователи должны покупать их непосредственно у самих производителей 3D-принтеров. Это создает монополию на рынке материалов для 3D-печати, и производители повышают их стоимость.

Однако есть несколько важных событий, которые могут помочь снизить цены на материалы. Один из них - это растущее использование 3D-печати для серийного производства. По мере увеличения объемов производства 3D-печати это должно привести к снижению материальных затрат.

Одним из примеров этого является Carbon. Только в прошлом году производитель 3D-принтеров снизил цену на три разных полимера до 50 долларов за литр по сравнению с 300 долларов за литр в 2016 году. Carbon утверждает, что ключом к снижению цен является массовое применение его 3D-принтеров.

Принимая во внимание пример Carbon, мы полагаем, что другие производители могут пойти по тому же пути по мере увеличения их объемов и охвата клиентов.

Развитие модели открытых материалов может также помочь снизить материальные затраты, поскольку открывает рынок для гораздо большего числа поставщиков материалов. Чем больше участников рынка, тем выше конкуренция, что может способствовать снижению цен.

5. Мировые химические компании принимают все более активное участие

За последний год многие крупные химические компании поддержали популярность 3D-печати, став свидетелями неуклонного роста отрасли. Уже подписано бесчисленное количество партнерств, а также возобновлены инвестиции в новые объекты и запуск материалов.

Например, Stratasys и Solvay объявили в мае этого года о совместном выпуске материалов. В этой дорожной карте Solvay будет разрабатывать высокопроизводительные материалы, такие как PEEK, для 3D-принтеров Stratasys. Благодаря этому партнерству две компании уже готовятся к выпуску на рынок готовой для АМ филамента на основе полимера полифенилсульфона (PPSU) компании Solvay Radel.

Что касается инвестиций, британский разработчик материалов Victrex планирует инвестировать миллионы евро в голландский 3D-принтер и разработчика программного обеспечения Bond 3D. Значительные инвестиции помогут компании ускорить вывод на рынок деталей из ПАЭК и ПЭЭК, напечатанных на 3D-принтере.

Кроме того, химический гигант BASF подписал многочисленные партнерские отношения в сфере 3D-печати. Самым последним из них был запуск 3D-печати Impossible Objects. В рамках этого партнерства BASF предоставит Impossible Objects материал Polyamide 6. Объединив ее с новой композитной технологией Impossible Objects, компании стремятся расширить спектр производственных приложений, особенно в автомобильной и промышленной сферах.

Эти примеры демонстрируют сильную тенденцию в индустрии 3D-печати:крупные компании, производящие материалы, все более серьезно относятся к 3D-печати как к промышленному решению - это еще один показатель общего потенциала этой отрасли в ближайшие несколько лет.

К процветающему будущему

Рынок материалов остается жизненно важной частью индустрии 3D-печати - и, как мы видели, несколько ключевых тенденций помогают формировать будущее рынка.

Возможно, эта тенденция будет иметь наибольшее значение. Воздействие - это возросшая активность в области разработки материалов. Во многом этот рост активности вызван рыночным спросом, поскольку клиенты требуют больше материалов, особенно для производственных приложений.

Чтобы извлечь выгоду из этого растущего спроса, химические компании продолжают укреплять свои позиции на рынке за счет расширения НИОКР, инвестиций и партнерских отношений. Точно так же производители оборудования стремятся использовать возможности сотрудничества.

По мере того, как выбор материалов расширяется, а затраты начинают снижаться, это может служить только для расширения существующих приложений 3D-печати и дальнейшего расширения возможностей. внедрение технологии в различных отраслях.