5 Trends, die den Markt für 3D-Druckmaterialien im Jahr 2019 prägen

Welche Trends prägen in der schnell reifenden 3D-Druckindustrie den Materialmarkt?

Materialien sind neben Hardware und Software eine der drei tragenden Säulen des 3D-Drucks. Laut Wohlers Report 2019 verzeichnete das Segment 3D-Druckmaterialien im Jahr 2018 ein Rekordwachstum aufgrund des zunehmenden Einsatzes des 3D-Drucks für die Serienfertigung.

2019 wird sich dieses Wachstum nur fortsetzen, unterstützt von einer Reihe von Trends, auf die wir im Folgenden näher eingehen.

1. Der Composite-3D-Druck nimmt Fahrt auf

Eine der wichtigsten neuen Möglichkeiten bei 3D-Druckmaterialien sind Verbundwerkstoffe. Ein Bericht von SmarTech Analysis prognostiziert, dass der weltweite Markt für 3D-Druck für Verbundwerkstoffe in den nächsten fünf Jahren mit einer CAGR von 22,3% wachsen wird. Dies weist auf eine Möglichkeit zur Wertsteigerung hin – eine, bei der der 3D-Druck von Verbundwerkstoffen einen nicht unbedeutenden Teil des gesamten Marktes für die Verbundwerkstoffherstellung ausmachen könnte.

Beim 3D-Druck bestehen Verbundwerkstoffe typischerweise aus einem Kernpolymermaterial wie Nylon und einem Verstärkungsmaterial wie Schnitt- oder Endlosfasern. Das Verbundmaterial bietet im Vergleich zu unverstärkten Polymeren eine höhere Festigkeit und Steifigkeit. In manchen Fällen kann es sogar Metalle wie Aluminium ersetzen.

Diese verbesserten Materialeigenschaften machen Verbundwerkstoffe zu begehrten Materialien für Werkzeug- und Endanwendungen in einer Reihe von Industrien wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Energie sowie Öl und Gas.

Die Endanwendungen des Composite-3D-Drucks

Ein gutes Beispiel dafür ist Shawcor. Dank des 3D-Verbunddrucks hat das in Kanada ansässige globale Energiedienstleistungsunternehmen 1,6 Millionen CAD (ca. 1,2 Mio. USD) eingespart.

Das Unternehmen benötigte eine maßgeschneiderte Maschine, um große Klebepads zu übertragen, die zu groß wären schwer für eine Person alleine zu tun. Das Unternehmen war jedoch mit einer Lose-Lose-Situation konfrontiert:entweder zu viel Zeit und Geld aufwenden, um eine kundenspezifische Maschine mit traditionellen Methoden zu bauen, oder Einnahmen zu verlieren, weil sie überhaupt nicht vorhanden sind.

Mit dem Composite-3D-Drucker von Markforged konnte das Team von Shawcor jedoch Teile erstellen, um eine benutzerdefinierte Lademaschine zu erstellen. Etwa 50% aller 53 gedruckten Teile wurden entweder mit Kevlar, HSHT-Glasfaser oder Kohlefaser verstärkt, die als Ersatz für Aluminium- und Blechteile verwendet wurden.

Arevos 3D-gedruckter Fahrradrahmen aus Verbundwerkstoff ist eine weitere spannende Anwendung der Technologie. Im Gegensatz zu traditionell hergestellten Verbundrahmen wurde der Fahrradrahmen von Arevo als Einzelteil gedruckt. Dank seiner 3D-Roboter-Composite-Technologie ist Arevo in der Lage, seine Fahrradrahmen in wenigen Tagen herzustellen, im Gegensatz zu den Monaten der Entwicklung, die mit herkömmlichen Methoden erforderlich sind.

Anwendungen wie diese demonstrieren die weitgehend unerschlossenen Fähigkeiten des 3D-Verbunddrucks und das Potenzial, das der Sektor für ein enormes Wachstum bietet.

Materialentwicklung

Die kontinuierliche Materialentwicklung trägt zum Wachstum des 3D-Drucks von Verbundwerkstoffen bei. Markforged, ein Pionier des 3D-Verbunddrucks, hat beispielsweise kürzlich mit Onyx FR den ersten flammhemmenden Verbundwerkstoff vorgestellt.

Das Material ist Nylon, das mit endlosen Kohlefasersträngen verstärkt ist. Darüber hinaus ist Onyx FR selbstverlöschend – das heißt, es kann innerhalb weniger Sekunden das Brennen stoppen.

Markforged sagt, dass Onyx FR weitere Anwendungsfälle für den 3D-Druck in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie eröffnen wird, da das Material höhere Brandschutzstandards erfüllt.

Eine weitere Entwicklung kommt von Techmer PM. Der US-amerikanische Materialhersteller hat kürzlich die Eröffnung einer neuen Hochleistungs-Produktionslinie zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten Polymeren angekündigt. Beflügelt wurde diese Investition insbesondere durch die Nachfrage der Hersteller von großformatigen 3D-Druckern.

In ähnlicher Weise hat Arkema eine Anlage zur Herstellung seines Kepstan PEKK-Materials eröffnet. Angesichts einer „starken Nachfrage nach kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen und 3D-Druck“ hat das Unternehmen einen klaren Schritt unternommen, um diese zu unterstützen.

Im Bereich des Composite-3D-Drucks herrscht zweifellos viel Bewegung, was sowohl die Technologie als auch die dazugehörigen Materialien auf ein neues Niveau hebt.

2. Die Materialproduktion nimmt zu

Ein weiterer wichtiger Trend auf dem Markt für 3D-Druckmaterialien konzentriert sich auf die Geschäftsausweitung. Immer mehr Unternehmen bauen F&E- sowie Materialproduktionsstätten auf, um die Industrialisierung der Technologie voranzutreiben.

Amastan Technologies, ein US-amerikanischer Materialhersteller, hat beispielsweise letzten Monat die Übernahme von AL Solutions, a Hersteller von veredelten Titanmaterialien. Letzteres wird in Amastan Additive umbenannt und Teil der noch zu bauenden AM-Metallpulveranlage von Amastan.

Dank der proprietären Recyclingtechnologie von AL Solutions und der plasmabasierten UniMelt™-Technologie von Amastan ist das Unternehmen nun gut aufgestellt, um einer der Hauptakteure in der AM-Titanpulverproduktion zu werden.

Jabil ist ein weiteres Unternehmen, das die Entwicklung von AM-Materialien vorantreibt. Angespornt durch die Kundennachfrage hat das globale Fertigungsdienstleistungsunternehmen im Januar dieses Jahres eine separate Geschäftseinheit namens Jabil Engineered Materials gegründet.

Die begrenzte Materialauswahl war nach Angaben des Unternehmens ein erhebliches Hindernis für die Einführung des 3D-Drucks. Um dies zu überwinden, wird sich die neue Einheit auf die Entwicklung, Validierung und Markteinführung technischer Materialien für den industriellen 3D-Druck konzentrieren.

Wichtig, Jabil wird neue Materialien nicht nur intern verwenden, sondern auch dem freien Markt zur Verfügung stellen, damit mehr Unternehmen können von einer größeren Materialauswahl profitieren. Bisher hat das Unternehmen PETg, PETg ESD, TPU 90 A und TPU 90 A ESD auf den Markt gebracht, plant jedoch, in den kommenden Monaten weitere zu liefern.

Mit Blick auf die Zukunft erwarten wir, dass andere Branchenakteure damit beginnen, ihre Materialproduktionskapazitäten zu erhöhen, um mit der Nachfrage Schritt zu halten. Wenn sich dieser Trend entfaltet, könnte er der gesamten 3D-Druckindustrie einen enormen Schub bringen.

3. Offene Materialien sind ein expandierendes Konzept

Trotz anhaltender Fortschritte ist die Materialentwicklung für den 3D-Druck immer noch langsamer als erwartet.

Ein Hindernis für eine größere Materialvielfalt ist der geschützte Charakter vieler 3D-druckbarer Materialien. Viele Hersteller von 3D-Druckern entwickeln ihre Maschinen so, dass sie ausschließlich mit den von ihnen selbst entwickelten Materialien arbeiten. Dies schränkt die Möglichkeiten für ihre Kunden ein, Materialien von Drittanbietern zu verwenden.

Ein proprietäres Materialmodell führt normalerweise zu höheren Materialpreisen und einem langsameren Innovationstempo für neue Materialformulierungen.

Eine mögliche Lösung zur Überwindung dieser Einschränkungen ist ein offenes Materialmodell. Dieses Modell ermutigt große Materialhersteller, mit Herstellern von 3D-Druckern zusammenzuarbeiten und neue Materialien für ihre Systeme zu entwickeln.

Ein solcher Ansatz hat zwei entscheidende Vorteile. Erstens hilft es, die Materialauswahl für den Endverbraucher zu erweitern. Zweitens beschleunigt es den Materialentwicklungsprozess.

Eine der größten Erfolgsgeschichten des offenen Materialmodells ist das Material Alliance Program von Ultimaker. Das Programm umfasst Materialhersteller, die die Druckparameter für ihre Materialien in einer speziellen Datenbank teilen, auf die die Kunden von Ultimaker zugreifen können. Die Vision dahinter ist es, den Kunden die zuverlässige Verwendung von Filamenten von Drittanbietern auf Ultimaker 3D-Druckern zu ermöglichen.

Das im April 2018 gestartete Programm umfasst mittlerweile über 80 Unternehmen, darunter Giganten wie BASF, DSM, Arkema und Jabil.

Zum Beispiel hat Arkema letzten Monat sein PVDF-basiertes Filament, bekannt als FluorX, in das Programm aufgenommen. Das Material wurde für den Druck von Hochleistungsteilen mit außergewöhnlicher thermischer und chemischer Beständigkeit entwickelt.

Dank der Strategie von Ultimaker haben seine Kunden jetzt Zugang zu einer größeren Vielfalt an Materialien mit spezifischen Eigenschaften wie Schlag- und Chemikalienbeständigkeit, Flexibilität, Festigkeit und mehr.

Auch andere Unternehmen setzen auf das Modell der offenen Materialien:Dazu gehören HP, Origin und Prodways. Sogar Stratasys, das seine Materialien intern entwickelt hat, hat zugegeben, dass das Unternehmen „mit anderen zusammenarbeiten muss, um leistungsfähigere Materialien zu entwickeln“.

Letztendlich werden wir in den nächsten Jahren immer mehr Unternehmen sehen, die diese Strategie übernehmen und eine noch dynamischere Materialentwicklung für den 3D-Druck vorantreiben.

4. Materialkosten sinken (langsam)

Die hohen Kosten für 3D-Druckmaterialien waren schon immer ein Knackpunkt. Eine Studie legt nahe, dass die Rohstoffkosten für 3D-Druckmaterialien bis zu zehnmal höher sein können als bei herkömmlichen Fertigungsmaterialien.

Die genauen Kosten hängen natürlich von einer Reihe von Faktoren ab, wie dem 3D-Druckverfahren und den bei der Produktion verwendeten Materialien.

Zum Beispiel vom Preis von Harzen für den SLA-3D-Druck liegt normalerweise zwischen 50 USD pro Liter für Standardharze und 500 USD pro Liter für professionelle Harze. Laut einem Harzhersteller könnten die Harze jedoch nur 10 bis 20 US-Dollar pro Liter kosten.

Die Materialkosten für den 3D-Druck sind aus mehreren Gründen hoch. Zum einen ist das Gesamtvolumen der Materiallieferungen relativ gering.

Ein weiterer Grund ist, dass die meisten verfügbaren 3D-Druckmaterialien proprietär sind, sodass die Benutzer sie direkt von den 3D-Druckerherstellern selbst kaufen müssen. Dies schafft ein Monopol auf dem Markt für 3D-Druckmaterialien, wobei die Hersteller die Kosten erhöhen.

Es gibt jedoch einige wichtige Entwicklungen, die dazu beitragen könnten, die Materialpreise zu senken. Einer davon ist der zunehmende Einsatz des 3D-Drucks für die Serienproduktion. Mit steigenden Stückzahlen für die 3D-Druckproduktion sollte dies zu geringeren Materialkosten führen.

Ein Beispiel dafür ist Carbon. Erst letztes Jahr hat der Hersteller von 3D-Druckern den Preis für drei verschiedene Harze auf 50 US-Dollar pro Liter gesenkt, gegenüber 300 US-Dollar pro Liter im Jahr 2016. Carbon sagt, dass der Schlüssel zur Preissenkung in den großvolumigen Anwendungen seiner 3D-Drucker liegt.

Angesichts des Beispiels von Carbon glauben wir, dass andere Hersteller möglicherweise einen ähnlichen Weg einschlagen, wenn ihr Volumen und ihre Kundenreichweite steigen.

Der Aufstieg des offenen Materialmodells könnte auch dazu beitragen, die Materialkosten zu senken, da es den Markt für viele weitere Materiallieferanten öffnet. Je mehr Marktteilnehmer es gibt, desto größer ist der Wettbewerb – was zu Preissenkungen beitragen könnte.

5. Globale Chemieunternehmen engagieren sich stärker

Viele große Chemieunternehmen sind im letzten Jahr auf den 3D-Druck-Zug aufgesprungen und haben das stetige Wachstum der Branche miterlebt. Unzählige Partnerschaften wurden bereits unterzeichnet, ebenso wie erneute Investitionen in neue Anlagen und Materialeinführungen.

Zum Beispiel haben Stratasys und Solvay im Mai dieses Jahres eine gemeinsame Material-Roadmap angekündigt. In dieser Roadmap wird Solvay Hochleistungsmaterialien wie PEEK für Stratasys 3D-Drucker entwickeln. Dank dieser Partnerschaft bereiten sich die beiden Unternehmen bereits auf die Kommerzialisierung eines AM-fähigen Filaments auf Basis des Solvay-Polymers Radel Polyphenylsulfon (PPSU) vor.

Auf der Investitionsseite will der britische Materialentwickler Victrex Millionen Euro in den niederländischen 3D-Drucker- und Softwareentwickler Bond 3D investieren. Die erhebliche Investition wird dem Unternehmen helfen, die Markteinführung von 3D-gedruckten PAEK- und PEEK-Teilen zu beschleunigen.

Darüber hinaus hat der Chemieriese BASF zahlreiche Partnerschaften innerhalb der 3D-Druckindustrie geschlossen. Das jüngste war das 3D-Druck-Startup Impossible Objects. Durch diese Partnerschaft wird BASF Impossible Objects ihr Polyamid 6-Material zur Verfügung stellen. Durch die Kombination mit der neuen Verbundtechnologie von Impossible Objects wollen die Unternehmen die Palette der Produktionsanwendungen insbesondere im Automobil- und Industriesektor erweitern.

Diese Beispiele zeigen einen starken Trend in der 3D-Druckindustrie:große Materialunternehmen nehmen den 3D-Druck als industrielle Lösung immer ernster – ein weiterer Indikator für das Gesamtpotenzial dieser Branche in den nächsten Jahren.

Für eine blühende Zukunft

Der Materialmarkt bleibt ein wichtiger Teil der 3D-Druckindustrie – und wie wir gesehen haben, tragen einige wichtige Trends dazu bei, die Zukunft des Marktes zu gestalten.

Der vielleicht größte Trend wird Impact ist die verstärkte Aktivität in der Materialentwicklung. In vielerlei Hinsicht wird diese Zunahme der Aktivität von der Marktnachfrage angetrieben, wobei die Kunden insbesondere für Produktionsanwendungen mehr Materialien verlangen.

Um von dieser wachsenden Nachfrage zu profitieren, bauen Chemieunternehmen ihre Marktposition durch verstärkte Forschung und Entwicklung, Investitionen und Partnerschaften weiter aus. In ähnlicher Weise streben auch Maschinenhersteller an, die Kraft der Zusammenarbeit zu nutzen.

Da die Materialauswahl erweitert und die Kosten sinken, kann dies nur dazu dienen, die aktuellen Anwendungen des 3D-Drucks zu erweitern und die Übernahme der Technologie in allen Branchen.