3D-Drucktrends im Jahr 2018:Was hat sich in diesem Jahr bemerkbar gemacht?

2018 war bisher ein positives Jahr für den 3D-Druck. Mit technologischen Fortschritten in den Bereichen Software, Hardware und Materialien hat sich die Branche vom Hype der frühen 2010er Jahre entfernt, um bedeutende Durchbrüche für die industrielle Produktion zu erzielen. Mit einem Branchenwert von derzeit über 7 Milliarden US-Dollar (laut Wohlers-Bericht 2018) hat der industrielle 3D-Druck nicht nur seinen Wert in der Produktentwicklung und im Rapid Prototyping gefestigt, sondern auch in der Endteilefertigung stärker Fuß gefasst.

Bereits im Januar haben wir einige Vorhersagen zur Entwicklung des 3D-Drucks im Jahr 2018 getroffen. Aber wo stehen wir heute? Wir werfen einen Blick auf die Trends, die sich in den letzten Monaten entwickelt haben.

1. Der Metall-3D-Druck wächst weiter

In diesem Jahr zählte der jährliche Technologiebericht des MIT den Metall-3D-Druck als eine der zehn bahnbrechendsten Technologien des Jahres 2018. Aber hat die Technologie dem Hype gerecht?

Die jüngsten technologischen Entwicklungen haben mit Sicherheit Metall-3D . gesehen Druck kommt sowohl als Prototyping- als auch als Produktionsmethode zur Geltung. Und es scheint, dass die Akzeptanzrate ihren Wachstumskurs fortgesetzt hat, wobei der Umsatz mit Metall-AM-Systemen im vergangenen Jahr laut Wohlers-Bericht 2018 um 80 % gestiegen ist.

Erschwinglichkeit, Geschwindigkeit und Teilequalität sind nach wie vor die größten Herausforderungen für die Metalladditivproduktion. Im Jahr 2018 wurde jedoch eine neue Klasse von Low-End-Industriemetall-3D-Drucksystemen und -Prozessen eingeführt. Diese neuen Lösungen, wie die ADAM-Technologie von Markforged oder die Joule-Printing-Technologie von Digital Alloys, versprechen, die additive Metallfertigung mit einem verstärkten Fokus auf Qualität und Geschwindigkeit erschwinglicher zu machen. Den 3D-Metalldruck kostengünstiger und benutzerfreundlicher zu machen, wird nur dazu führen, dass mehr Unternehmen langfristig von der Technologie profitieren können.

Metal Binder Jetting-Technologie ist ein weiterer Schwerpunkt, wobei Maschinen entwickelt werden, um das Versprechen von hoher Geschwindigkeit, niedrigen Kosten und Skalierbarkeit für die Produktion zu erfüllen. Zum Beispiel hat HP kürzlich angekündigt, mit der Einführung seines HP Metal Jet in den 3D-Metalldruck einzusteigen. Interessanterweise wurde das System, das angeblich 50-mal schneller ist als andere laserbasierte 3D-Druckverfahren, von Anfang an mit Fokus auf die Produktion eingeführt.

GE Additive, das letztes Jahr seine eigene Binder Jetting-Maschine entwickelt hat, ist der Ansicht, dass Binder Jetting-Lösungen in der Lage sind, bestehende Technologien wie Gießen in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie, in der Energieversorgung und im Gesundheitswesen zu revolutionieren.

„Unternehmen kaufen eine größere Menge von AM-Metallsystemen, um ihren Produktionsbedarf zu decken. In den letzten Jahren haben eine Reihe von Unternehmen ein oder zwei Systeme gekauft, um Verfahren und Materialien zu testen und zu qualifizieren. Jetzt fügen Unternehmen Systeme für die Produktion hinzu, was deutlich mehr Kapazität erfordert.“

Terry Wohlers

2. Größere Materialauswahl

Von Metallen über Kunststoffe bis hin zu Keramiken ist die Materialinnovation einer der am schnellsten wachsenden Bereiche in der additiven Fertigung. Unternehmen, sowohl Start-ups als auch globale Chemieunternehmen, betreten jetzt den AM-Bereich mit neuen Materialangeboten, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Allein in diesem Monat hat das französische Chemieunternehmen Arkema eine kommerzielle Plattform gestartet, um sein Angebot an 3D-Druckmaterialien zu erweitern.

Die Palette der verfügbaren SLS-Materialien wurde beispielsweise in diesem Jahr deutlich um neue Nylonsorten sowie PEBA-basierte und PEKK-Pulver erweitert. Eine weitere spannende Ergänzung der 3D-Druckmaterialpalette sind Hochleistungsthermoplaste, die zunehmend für technische Anwendungen nachgefragt werden.

Obwohl Kunststoffe immer noch den größten Anteil am Materialmarkt ausmachen, hat die Verwendung von Metallmaterialien im Einklang mit der zunehmenden Akzeptanz von Metall-AM-Technologien zugenommen. Der neueste Stand des Branchenberichts von Sculpteo hat ergeben, dass die Verwendung von Metallen von 28% im Jahr 2017 auf 36% in diesem Jahr gestiegen ist, was erneut auf eine stärkere Akzeptanz des Metall-3D-Drucks für die Produktion hindeutet.

Mit der steigenden Nachfrage nach 3D-Druck steigt auch der Bedarf an geeigneten Hochleistungsmaterialien. Die Materialkosten stellen jedoch weiterhin eine Herausforderung für den Materialsektor dar – eine, die nur mit stärkeren strategischen Partnerschaften bewältigt werden kann, um das Wachstum voranzutreiben und die Kosten zu senken.

3. Neuer Fokus auf Automatisierung

2018 kann wohl als das Jahr angesehen werden, in dem der Wert der Automatisierung für die AM-Produktion endgültig erkannt wurde. Die Automatisierung wird eine Schlüsselrolle dabei spielen, die additive Fertigung in Richtung Endteilfertigung voranzutreiben, indem sie dazu beiträgt, Produktionsprozesse zu rationalisieren, manuelle Vorgänge zu reduzieren und ein hohes Maß an Effizienz zu erreichen.

Im Jahr 2018 hat sich Software als intrinsischer Bestandteil dieses Prozesses herauskristallisiert. Die Integration der additiven Fertigung in Fertigungsabläufe erfordert ein hohes Maß an Konnektivität zwischen den Maschinen und die Fähigkeit, diese Prozesse zu koordinieren. Workflow-Automatisierungssoftware wie AMFG ermöglicht es Unternehmen, dies zu erreichen, indem sie jeden Schritt des additiven Produktionsprozesses automatisieren und koordinieren, vom Druckauftrag über die Dateivorbereitung bis hin zur Nachbearbeitungskontrolle.

Zusätzlich werden neue Lösungen entwickelt, um den Produktionsprozess weiter zu rationalisieren, von intelligenten Robotersystemen bis hin zu einer Vielzahl von automatisierten Nachbearbeitungsalternativen. Lockheed Martin hat beispielsweise kürzlich in Zusammenarbeit mit der US Navy KI-gesteuerte 3D-Druckroboter entwickelt, um die Produktion komplexer Teile an abgelegenen Standorten zu optimieren. Mehrachsige Roboter werden Hochleistungslaserstrahlen zum Auftragen von Metallen verwenden, während Machine-Learning-Algorithmen es ihnen ermöglichen, die Parameter des Druckprozesses zu überwachen, zu steuern und automatisch anzupassen – und so eine schlankere Produktion für komplexe Metallteile zu erreichen.

Automatisierte Nachbearbeitungslösungen werden ebenfalls entwickelt, um einige der zeitaufwändigeren Aspekte des 3D-Drucks zu rationalisieren, wie zum Beispiel das Entfernen von Trägern und die Oberflächenveredelung. PostProcess Technologies bietet solche Lösungen sowohl für Kunststoff- als auch für Metallteile, wobei das neue DECI Duo-System Supportabtrag und Oberflächenveredelung in einer Einheit ermöglicht.

„Im Moment gibt es eine ganze Reihe von Prozessen, die intensiv menschliche Arbeit in der AM einsetzen. Automatisierung kann in vielerlei Hinsicht helfen – es kann so einfach sein, mit Automatisierungssoftware zu entscheiden, wohin die Teile auf der Bauplattform gehen sollen, oder die Bauzeit automatisch zu berechnen. Wir könnten sogar die Simulation der Oberflächengüte automatisieren, die je nach verwendeter Ausrichtung erzeugt wird.“

Professor Ian Campbell (Loughborough University) 

4. Fortschritte bei Simulations- und Konstruktionssoftware  

Software ist neben Hardware und Materialien das dritte entscheidende Element für einen erfolgreichen additiven Fertigungsprozess. Vom Design über die Prozessüberwachung bis hin zur Nachbearbeitung ermöglicht 3D-Drucksoftware mehr Effizienz, Zuverlässigkeit und Qualität. Dank der kontinuierlichen Innovation in diesem Bereich hat sich das Softwareangebot in diesem Jahr deutlich erweitert.

Simulationssoftware beispielsweise spielt im 3D-Druck, insbesondere beim Metall-3D-Druck, eine immer wichtigere Rolle. Die Einführung der Metall-3D-Drucktechnologie kann für viele Unternehmen eine steile Lernkurve sein, und die Simulation des Prozesses kann dazu beitragen, Fehlerraten zu minimieren und die Produktion zu optimieren, während Ingenieure den Prozess besser verstehen und kontrollieren.

Generatives Design ist ein weiterer Bereich, der im letzten Jahr eine beeindruckende Entwicklung erlebt hat. Generative Design-Tools helfen bei der Lösung komplexer Konstruktionsprobleme. Insbesondere enthält neue generative Konstruktionssoftware zunehmend KI-basierte Algorithmen, um eine breite Palette von Konstruktionsalternativen zu erstellen, indem Schlüsselparameter wie Gewicht und Festigkeit eines Teils, Materialoptionen usw. definiert werden. Das generative Konstruktionswerkzeug Live Parts von Desktop Metal ist ein solches Beispiel , und Hersteller aus allen Sektoren experimentieren mit einer Kombination aus generativem Design und additiver Fertigung, um innovative neue Fertigungslösungen zu entwickeln.

5. Erneuter Fokus auf AM-Sicherheit  

Geistiges Eigentum und Datenschutz sind weiterhin ein großes Gesprächsthema in der 3D-Druck-Community. Der jüngste Anstieg an Lösungen zur Gewährleistung der Sicherheit von 3D-Designs und 3D-Druckprodukten ist daher nicht überraschend.

Von der Blockchain-Technologie über IP-Schutzplattformen bis hin zu QR-Verschlüsselungsmethoden hat 2018 einen Anstieg der Sicherheitslösungen für die additive Fertigung zu verzeichnen. Das dänische Unternehmen Create it REAL hat zum Beispiel eine 3D-Druck-Verschlüsselungsplattform für FDM-3D-Drucker entwickelt, um Probleme rund um das Urheberrecht anzugehen. Durch einen Verarbeitungschip ermöglicht die Plattform Benutzern den 3D-Druck von Dateien, ohne Zugriff auf die ursprüngliche 3D-Datei zu haben, um zu verhindern, dass unbefugte Benutzer die Originaldatei ändern.

6. Verstärkte Zusammenarbeit und Investitionen

Ein weiterer positiver Trend, den wir sehen, ist die fortgesetzte Zusammenarbeit zwischen Herstellern, Endverbraucher und Forschungseinrichtungen, um die Bereiche Hardware, Software und Materialien voranzutreiben. Durch die Bündelung ihrer Anstrengungen können Unternehmen die Einführung des 3D-Drucks beschleunigen, indem sie optimierte und einfacher zu integrierende Systeme entwickeln.

Eine solche Erweiterung der AM-Expertise kann auch dazu beitragen, die bestehende AM-Kompetenzlücke zu schließen. Durch Kooperationen in Wirtschaft und Wissenschaft können neue Ausbildungsgänge und Hochschulprogramme entwickelt werden, um diese Lücke zu schließen.

Auf der anderen Seite haben einige der größten Unternehmen der Branche, wie Siemens, BMW, Johnson &Johnson’s und Henkel, um nur einige zu nennen, dieses Jahr große Investitionen in AM-Forschungs- und Fertigungseinrichtungen angekündigt. Im April gab BMW seine Investition in Höhe von i€10 Millionen in einen neuen Additive Manufacturing Campus bekannt, der sich auf den Bau von Prototypen, die Serienproduktion und kundenspezifische Komponenten konzentrieren wird. Solche Ankündigungen signalisieren deutlich das hohe Interesse an der Nutzung additiver Technologien als praktikables Herstellungsverfahren.

Trends, die die Zukunft des industriellen 3D-Drucks prägen

Nur noch wenige Monate vor dem Ende scheint 2018 ein weiteres gutes Jahr für die additive Fertigung gewesen zu sein. Deutliche Verbesserungen bei Hardware, Software und Materialien wurden und werden vorgenommen, wobei immer mehr Unternehmen die AM-Technologie für die Herstellung von Werkzeugen, Ersatz- und Endteilen einsetzen.

Metal AM ist, wenig überraschend, ein wichtiger Teil dieses Trends; und  Weiterentwicklungen in der Software tragen dazu bei, zuverlässigere und konsistentere Prozesse zu erreichen. Darüber hinaus werden branchenübergreifende gemeinsame Anstrengungen weiterhin einen Großteil der Fortschritte im 3D-Druck unterstützen, um die Lücke bei den AM-Kompetenzen zu schließen und Innovationen zu fördern.

Mit Blick auf die Zukunft können wir im kommenden Jahr noch mehr Möglichkeiten und Durchbrüche erwarten , insbesondere im Bereich Produktion und Automatisierung – die es der globalen Fertigungsgemeinschaft ermöglichen, die wahren Vorteile von Industrie 4.0 zu erfahren.