Wachstum der Fertigungstechnologie: Trends, Einführung & Prognosen für CNC, 3D-Druck & Guss

Innovationen in der CNC-Bearbeitung, additiven Fertigung und Gusstechnologien bieten Unternehmen, Prosumern und Verbrauchern ein beispielloses Mass an Designoptionen. Doch bei so vielen Technologien auf dem Markt bleibt die Frage: Wie entwickeln sie sich in Bezug auf Wachstum und welche Branchen setzen sie am stärksten ein?

Hier betrachten wir die Wachstumstrends von CNC-Bearbeitung, 3D-Druck und Vakuumguss für 2019 und blicken auf Prognosen.

CNC-Bearbeitung

Einführung und Nutzungsstatistiken

Laut Raghav Bharadwaj Shivaswamy, leitender Analyst bei Technavio für Automatisierungsforschung, „Maschinenwerkzeuganwendungen werden in drei wichtige Produktsegmente unterteilt, die aus Metallschneidewerkzeugmaschinen, Metallumformwerkzeugmaschinen und anderem Zubehör bestehen. Das Segment der Metallschneidewerkzeugmaschinen dominierte den US-Markt 2016 mit einem Marktanteil von rund 51 %, hauptsächlich aufgrund der höheren Nachfrage nach industriellen Metallschneideanwendungen.“

Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Metallverarbeitungsunternehmen sind die prominentesten Nutzer automatisierter, subtraktiver Bearbeitungstechnologien. Weitere wichtige Branchen sind Bauwesen, Energie und Stromversorgung. Die USA sind der grösste Einzelmarkt für Automobilwerkzeuge und werden aufgrund verschiedener Faktoren (Bevölkerungsgrösse, staatliche Anreize, Konsumentenbasis etc.) weiter wachsen.

Die führenden Anbieter von Bearbeitungstechnologien (CNC und Laser), die von Technavios Industrieautomatisierungs-Marktforschungsanalysten in diesem Bericht hervorgehoben werden, sind Dalian Machine, DMG MORI, Haas Automation, JTEKT und Komatsu. CNC-Maschinen werden, wie zu erwarten, für verschiedene Zwecke eingesetzt, darunter Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden und Bohren.

Während APAC-Regionen derzeit CNC-Steuerungen am stärksten nutzen, wird der europäische Markt aufgrund technologischer Fortschritte und Investitionen stark wachsen. Zu den globalen Schlüsselakteuren gehören Bosch Rexroth AG (Deutschland), DMG MORI CO., LTD. (Japan), Fagor Automation (USA), FANUC Corporation (Japan), Haas Automation, Inc. (USA), Hurco Companies, Inc. (USA), Mitsubishi Electric Corporation (Japan), Okuma Corporation (Japan), Siemens AG (Deutschland).

Wachstum und Prognosen

Der CNC-Steuerungsmarkt wurde 2016 spezifisch auf 2,86 Milliarden USD bewertet und sollte zwischen 2017 und 2023 mit einer CAGR von 3,8 % wachsen; bestimmte Schätzungen erwarten einen Anstieg auf 3,70 Milliarden USD bis zum Ende dieses Zeitraums. Zunehmende Einführung industrieller Automatisierung im Fertigungssektor, Fähigkeit zur Senkung der Betriebskosten und steigende Nachfrage nach Massenproduktion in Endverbraucherbranchen sind die Schlüsselfaktoren, die das Wachstum des CNC-Marktes antreiben, laut „Markets and Markets“.

Spezieller werden 3-Achsen-CNC-Maschinen in diesem Zeitraum den höchsten Marktanteil halten. Während 3-Achsen-Maschinen das höchste Nutzungslevel in der Industrie aufweisen, rücken 5-Achsen-Maschinen vor und sollen von jetzt an bis 2023 wachsen.

Die Automobilindustrie wird voraussichtlich ihre Dominanz in der CNC-Nutzung beibehalten. Innovation, Bedarf an schneller Produktion und besserer Qualität sind die Hauptfaktoren, die sie vorantreiben – nicht nur in der Autofertigung, sondern auch in der Verteidigungs- und Luftfahrtindustrie.

Eine andere Schätzung zeigt einen Anstieg von 4 % bis 2021. Besonders interessant, da die Markthistorie zeigte, dass viele dachten, die Bearbeitungsindustrie hätte schon vor längerer Zeit ihren Höhepunkt erreicht. Laut einem Bericht von Gardner Business Intelligence „erreichte die US-Werkzeugmaschinenindustrie, gemessen an Werkzeugmaschinenbestellungen (USMTO), im September 2014 ein Spitzenwachstum von 7,4 % und erlebte danach einen Einbruch mit einem Rückgang der Stückzahlen um 19,4 % im Juli 2016.“

3D-Druck

Druckerhersteller und Anwender

In Bezug auf Druckerhersteller war der Hauptwandel bis 2018 der Übergang zu teureren Systemen. Das Hauptsegmentwachstum ist die Anzahl der Unternehmen, die Drucker im oder über dem 5.000-Dollar-Bereich produzieren, wobei die Firmen von 135 auf 177 Hersteller stiegen. Im Vergleich dazu hat die Zahl der Unternehmen, die Maschinen unter diesem Preissegment produzieren, abgenommen, doch der Gesamtmarkt befindet sich in Bezug auf reinen Umsatz und Investitionen auf einem Aufwärtstrend.

Es ist erwähnenswert, dass aufgrund der gestiegenen jährlichen Einführung eine genaue Verfolgung der 3D-Druck nutzenden Branchen schwierig ist. Allerdings sind Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung definitiv unter den prominentesten Nutzern. Bis 2018 nutzten 64 % der A&D-Unternehmen 3D-Druck in der Produktion und führten damit alle anderen in der Umfrage enthaltenen Branchen an.

In Bezug auf Anwendungsfälle gibt es einige jüngste Entwicklungen, die auf ein gesundes Leben der Technologie hindeuten. Im April feierte HP sein 10-millionstes gedrucktes Teil mit ihrer Multi-Jet-Fusion-Technologie innerhalb eines Jahres. HP arbeitet mit Daimler Trucks North America, Fast Radius, Linear AMS und dem US Marine Corps sowie vielen anderen Branchen zusammen.

Nano Dimensions eigene Forschung zeigte, dass in der Elektronikindustrie 3D-gedruckte mehrlagige Leiterplatten und flexible Elektronik die beliebtesten Anwendungen sind. Ein weiteres Ergebnis zeigt, dass das primäre Interesse der Branche in der Anwendung von 3D-Druck darin liegt, die Produktentwicklung zu beschleunigen und Innovation zu fördern.

Die Medizinindustrie setzt 3D-Druck schon seit einiger Zeit ein. Laut Harvard Business Review (2015) stellte die US-Hörgeräteindustrie in weniger als 500 Tagen auf 99 % additive Fertigung um. Ebenso ist Dental-3D-Druck immer noch eine der prominentesten medizinischen Anwendungen, wobei Unternehmen wie ClearCaps diese zur Herstellung von Zahnschienen für die Grossserienfertigung nutzen.

Nutzung und Materialien

Laut Sculpteo sagten 55 % der Unternehmen voraus, dass sie 2017 mehr für 3D-Druck-Services und -Lösungen ausgeben könnten. Ein Jahr später stellte Sculpteo fest, dass 70 % der Unternehmen ihre Investitionen in 3D-Druck 2018 gegenüber 49 % 2017 erhöht hatten. Insgesamt ist das steigende Investitionsniveau ein gutes Zeichen für die Gesundheit der Technologie. Diese Investitionen fliessen in eine Reihe möglicher Funktionen, die 3D-Druck in diesen Unternehmen erfüllt.

2017 wurde 3D-Druck laut Sculpteos Unternehmensumfrage hauptsächlich zur Beschleunigung der Produktentwicklung (28 %), für massgeschneiderte Produkte (16 %) und zur Erhöhung der Produktionsflexibilität (13 %) eingesetzt.

2018 verzeichnete den höchsten Materialabsatz für Polymer-Pulverbettfusion. Die Technologie erreichte einen Wert von rund 400 Millionen Dollar. Während Kunststoffe noch das gängigste Druckmaterial sind, stagnierte die Wachstumsrate bis 2017, als es zu einem plötzlichen Wachstum bei industriellen Hochleistungspolymeren kam. Ebenso wuchsen Metallmaterialien im Jahr um 41 %.

Wachstum und Prognose

Bis 2020 wird der gesamte 3D-Druckmarkt voraussichtlich 15,8 Milliarden USD für alle AM-Produkte und -Services weltweit erreichen. Der Wohlers-Report erwartet Umsatzprognosen von 23,9 Milliarden USD 2022 und 35,6 Milliarden USD 2024. Insgesamt sieht die Zukunft für die Branche heller aus, mit jährlichem Wachstum von über 40 % für die nächsten Jahre.

Eine weitere interessante Statistik ist die Anzahl der Unternehmen, die sich nun als „3D-Druck zuerst“ betrachten und die Technologie als primären Produktionsmodus nutzen. Die Zahl dieser Unternehmen stieg von 15 % auf 22 % von 2017 bis 2018. Im selben Jahr nutzten 36 % der von Sculpteo befragten Unternehmen Metalldruck, gegenüber 28 % nach früheren Berechnungen.

Unter allen 3D-Drucktechnologien wird Pulverbettfusion voraussichtlich bis 2024 den grössten Anteil halten. Die Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Gesundheits- und Ingenieurbranche nutzen am häufigsten Technologien wie Direct Metal Laser Sintering (DMLS), Electron Beam Melting (EBM), Selective Heat Sintering (SHS), Selective Laser Melting (SLM) und Selective Laser Sintering (SLS) für die Entwicklung funktionaler Teile.

Druckguss

Hersteller und Anwender

Die Schlüsselersteller innerhalb der Technologie sind Alcoa Corporation; Walbro; Consolidated Metco, Inc.; Dynacast; Gibbs Die Casting Corporation; Bodine Aluminum, Inc.; Ryobi Ltd; Aluminum Corporation of China Limited; Martinrea Honsel Germany GmbH; Endurance Technologies Limited; und Alcast Technologies.

Der Druckgussmarkt ist in der Automobilindustrie recht gross. Deren Hauptinteresse liegt in der Herstellung hochhaltbarer Druckgussteile. Industriemaschinen- und Rohrhersteller setzen zunehmend Druckguss ein, ebenso wie ein Wachstum in der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie in den letzten Jahren. Ein weiterer jüngster Trend ist der Einsatz stärkerer Aluminiumkomponenten in Landwirtschaft und Medizintechnik, der ebenfalls zugenommen hat.

Aluminium ist das am weitesten verbreitete Metall in der Gusstechnologie. Der weltweite Aluminiumgussmarkt wurde 2018 auf 47,1 Milliarden USD geschätzt, mit einer erwarteten CAGR von 9,1 % von 2019 bis 2025. Dieser Anstieg in der Aluminiumnutzung ist auf die Automobilfertigung und die gesteigerte Nachfrage aus dem Bau- und Bausektor im asiatisch-pazifischen Raum zurückzuführen. Ein weiterer vielversprechender und schnell wachsender Bereich für aluminiumhaltige Endbauteile ist der Industriesektor. Das Wachstum dieses Segments bis 2025 lässt sich weitgehend auf die Modernisierung traditioneller Agrarländer wie Indien und Brasilien zurückführen.

Der Druckgussprozess machte 2018 etwa 53,0 % des Marktumsatzes aus, seine Beliebtheit verdankt er der Hochvolumenproduktion. Hochdruckdruckguss (HPDC) macht 71,0 % des Druckgussprozesses aus, was höhere Produktionsraten in verschiedenen Branchen ermöglicht.

Wachstum und Prognose

2017 wurde der globale Druckgussmarkt auf 62,87 Milliarden USD bewertet, was voraussichtlich bis 2023 einen Wert von 93,87 Milliarden USD erreichen wird. Der Markt wird voraussichtlich eine CAGR von über 6,93 % während 2018-2023 (Prognosezeitraum) verzeichnen. Asien-Pazifik ist bei weitem der grösste Markt für Druckguss weltweit und machte 2017 über 58 % Anteil aus. Weiteres Wachstum ist im asiatisch-pazifischen Magnesiumlegierungs-Druckgussmarkt für viele neue Start-up-Unternehmen unvermeidlich, aufgrund der zunehmenden Präferenz der Endverbraucher für niedrigere Produktionskosten. Etablierte Unternehmen stellen eine grosse Herausforderung in Bezug auf technologische, Zuverlässigkeits- und Qualitätsfragen dar, was zu Fusionen und Übernahmen zwischen kleineren und etablierten Unternehmen führt.

Die beiden Hauptmärkte für die Druckgussindustrie sind die Automobilindustrie an erster Stelle und die Bauindustrie an zweiter. Beide Branchen bilden einen guten Indikator für die Gesamtgesundheit der Gussindustrie. Leichte Fahrzeugverkäufe erreichten 2016 17,55 Millionen Einheiten, was ein weiteres gutes Jahr in Folge darstellte, trotz Spekulationen, dass es 2017 nicht mithalten könnte. Es blieb stabil, obwohl das Wachstum von 2016 zu 2017 höher war. Global gesehen werden etwa 60,0 % aller Gussprodukte auf dem Markt in die Automobilindustrie geleitet.

Kürzlich wurde im nordamerikanischen Markt ein Anstieg der Druckgusstechnologie-Nutzung im Automobilbereich auf EPA-Regulierungen zu Meilen pro Gallone für Fahrzeuge zurückgeführt. Dies mag zu unvorhergesehenen Steigerungen beigetragen haben. Gemäss den neuen Anforderungen suchten Hersteller nach leichteren Fahrzeugen, was die Druckgussnutzung erhöhte. Der Schritt der EPA, die Meilen-pro-Gallone-Standards auf 35,5 mpg bis 2016 und dann 54,5 mpg bis 2025 anzuheben. Europa wird voraussichtlich ebenfalls eine CAGR von 7,1 % in Bezug auf den Wert von 2019 bis 2025 verzeichnen, insbesondere bei Deutschland, Frankreich, Italien und Russland.

Spritzguss

Hersteller und Anwender

Metall-Spritzgusstechnologien wurden von Automobil- & Luftfahrt, Konsumgütern und Medizintechnikherstellern übernommen, was bestimmten Studien zufolge zum Wachstum im Sektor über die Zeit führte. Es wird erwartet, dass weiteres Wachstum durch die Nachfrage nach Smartphones & anderen elektronischen Produkten entsteht, da mehrere Komponenten wie Lightning-Anschlüsse, Handy-Klappmechanismen & Glasfaserteile mit MIM-Maschinen hergestellt werden.

Im Kunststoffbereich waren die Hauptanwender von Spritzguss ebenfalls Automobil und Medizin, gefolgt von Bauwesen, Medizin und Verpackungsindustrie. Viele Branchen, wie die Automobilindustrie, ersetzen Stahl durch Kunststoffe für geringeres Gewicht. Dies verursacht einen zunehmenden Wandel in den Produktionspräferenzen.

Wichtige Akteure im Spritzguss sind Dynacast, GKN Plc, Britt Manufacturing, Dean Group International Ltd., Cypress Industries, Sintex, CMG Technologies, Indo-MIM Pvt. Ltd., Real Technik AG und ATW Companies. Bei Kunststoffen sind die Hauptunternehmen BASF, Dow Chemical Company, DuPont und HTI Plastics.

Unternehmen setzen Spritzguss für schnellere Bearbeitungszeiten, Eliminierung sekundärer Operationen und bessere Toleranzniveaus der Endprodukte ein. Es ermöglicht Unternehmen auch, Finishing und Nachbearbeitung in ihren Operationen zu minimieren. Zudem ist es kosteneffektiv, insbesondere im Vergleich zu verschiedenen anderen Fertigungsmethoden.

Die Medizinindustrie nutzt Spritzguss auch für Halterungen, Arzneimittelabgabesysteme, Gelenkersatzausrüstung und verschiedene Implantate.

Materialien

In Bezug auf Kunststoffe gibt es eine jüngste Volatilität im Marktpreis, die das Wachstum beeinflussen dürfte. Rohstoffe wie Benzol, Ethylen, Propylen und Styrol durchlaufen Schwankungen und stehen aufgrund von Umweltbedenken bezüglich ihrer Entsorgung unter Kritik. Dies macht den Markt in der Zukunft unsicher. Dies hat jedoch Unternehmen veranlasst, in verschiedene alternative biologisch abbaubare Materialien in den letzten Jahren zu investieren.

Asien-Pazifik führt in beiden Kategorien des Spritzgusses. Es hält 37 % des Marktes in Bezug auf Kunststoffspritzguss, möglicherweise aufgrund von Verpackung, Handys und Konsumgütern. Nordamerika entwickelte sich zum zweitgrössten Verbraucher und wird voraussichtlich mit einer CAGR von 10 % wachsen. Europa war ein weiterer grosser Markt für spritzgegossene Kunststoffe mit einer Gesamtnachfrage, die voraussichtlich 45,29 Milliarden USD bis 2025 erreichen wird.

Wachstum und Prognose

Die globale Marktgrösse für spritzgegossene Kunststoffe wurde 2018 auf 325,69 Milliarden USD bewertet. Es wird erwartet, dass sie im Prognosezeitraum mit einer CAGR von 5,7 % wächst. Ebenso wurde die globale Marktgrösse für Metall-Spritzguss (MIM) 2015 auf 2,1 Milliarden USD bewertet und soll von 2016 bis 2025 mit einer CAGR von 11,9 % wachsen.

Erhöhte Produktausgaben in Brasilien, China, Indien, Mexiko, Russland und Südafrika sollen weiteres Wachstum schaffen. Sowohl bei Kunststoffen als auch bei Metallen treibt die steigende Nachfrage nach leichten & kleineren Automobilteilen die Chancen für MIM-Technologie. Dies gilt auch für hochfeste Komponenten in Motoren & elektronischen Systemen der Automobilindustrie.

Optische Klarheit, Biokompatibilität und kosteneffektive Produktionsmethoden werden voraussichtlich die Nachfrage in der Medizinindustrie antreiben. Gesundheits- und Medizinbereiche sollen eine CAGR von über 6,3 % erreichen und bis 2025 einen Nettowert von 40,49 Milliarden USD erzielen.

Die Hauptquellen für die in diesem Artikel verwendeten Daten sind der Wohlers-Report, Sculpteo, Grand View Research, Technavio, Reuters, die North American Die Casting Association und Mordor Intelligence.