Evolusi Pasar Bahan Cetak 3D:Tren dan Peluang di 2019
Pasar untuk bahan cetak 3D berkembang pesat. Permintaan meningkat, dengan semakin banyak perusahaan yang membeli perangkat keras manufaktur aditif (AM) dan meningkatkan penggunaan AM mereka. Pada tahun 2019, pasar bahan AM adalah senilai $1,5 miliar . Dalam lima tahun ke depan, ini diharapkan tumbuh menjadi peluang sebesar $4,5 miliar.
Dengan peluang yang ada, pemasok material, terutama perusahaan kimia raksasa dan produsen logam, semakin terlibat dalam industri ini. Di samping mengembangkan material baru, mereka berkontribusi besar pada industrialisasi AM.
Dalam artikel hari ini, kita akan mempelajari bagaimana pasar bahan cetak 3D berkembang di tahun 2019, perusahaan apa yang mendorongnya dan tren apa yang membentuk masa depannya.
Lihat artikel lain yang tercakup dalam seri ini:
Bagaimana Pasar Perangkat Keras Pencetakan 3D Berkembang di 2019
Perangkat Lunak Pencetakan 3D:Mencapai Produksi Digital Sejati
Pasca Pemrosesan untuk Pencetakan 3D Industri:Tren Utama yang Harus Anda Ketahui
Polimer adalah bahan cetak 3D yang paling banyak digunakan
Polimer tetap menjadi segmen bahan cetak 3D terdepan dalam hal pangsa pasar. Dari tahun 2014 hingga 2018, 80,6% pendapatan global untuk bahan cetak 3D berasal dari polimer dan mencapai $3,4 miliar pada tahun 2018. Menurut survei Jabil baru-baru ini terhadap 308 pengguna pencetakan 3D, 74% menggunakan bahan polimer pada tahun 2018.
Permintaan yang tinggi untuk polimer tidak mengejutkan. Printer 3D polimer memiliki basis terpasang terbesar, karena lebih mudah dan lebih murah untuk diadopsi dan dioperasikan.
Peningkatan fokus pada termoplastik berperforma tinggi
Sementara plastik yang relatif sederhana, seperti PLA dan ABS, mendominasi pasar polimer, ada permintaan yang meningkat untuk bahan fungsional yang kuat, yang dapat bertahan di lingkungan yang keras dan suhu tinggi. Industri percetakan 3D menanggapi tren ini dengan mengembangkan termoplastik berperforma tinggi, seperti komposit yang diperkuat karbon, ULTEM, PEEK, dan PEKK.
Material ini memungkinkan produsen untuk mencetak prototipe fungsional 3D dan bahkan suku cadang penggunaan akhir untuk berbagai aplikasi industri.
Di seluruh industri, perusahaan kimia semakin mengembangkan bahan canggih ini, khusus untuk digunakan di AM, termasuk Victrex, SABIC, Solvay dan Evonik, untuk beberapa nama.
Banyak produsen perangkat keras printer 3D juga bekerja sama dengan perusahaan-perusahaan ini untuk mengadaptasi perangkat keras pencetakan 3D yang diperlukan untuk bahan-bahan ini. Misalnya, Roboze, produsen printer 3D ekstrusi Italia, telah berkolaborasi dengan SABIC pada filamen polimida termoplastik amorf, yang disebut EXTEM AMHH811F.
Material baru ini memiliki ketahanan yang tinggi terhadap suhu tinggi, berkat kapasitas defleksi panas hingga 230 ° C. Bahan ini juga memiliki transisi kaca 247 ° C, yang diyakini para mitra sebagai yang tertinggi dari setiap materi cetak 3D. Selain itu, ia menawarkan sifat tahan api yang sangat baik, ketahanan kimia yang baik dan mempertahankan kekuatan mekaniknya pada suhu tinggi.
Pengembangan termoplastik berkinerja tinggi sangat penting untuk industrialisasi AM. Mereka mendukung transisi teknologi dari pembuatan prototipe ke aplikasi lanjutan di industri penting seperti medis dan kedirgantaraan.
Misalnya, pencetakan 3D PEEK sekarang digunakan untuk membuat implan khusus pasien. Mungkin peluang pertumbuhan yang tinggi dalam pencetakan 3D PEEK medis telah mendorong Evonik baru-baru ini untuk berinvestasi di Meditool, perusahaan rintisan China yang mengkhususkan diri dalam implan cetak 3D PEEK untuk bedah saraf dan tulang belakang.
Meningkatnya dari bahan komposit
Material komposit adalah bidang lain dari polimer berkinerja tinggi yang mengalami pertumbuhan signifikan.
Komposit terdiri dari matriks termoplastik dan serat penguat. Saat ini, komposit untuk pencetakan 3D diperkuat dengan serat karbon, serat kaca, atau serat Kevlar.
Bahan-bahan ini, tersedia dalam bentuk bubuk, pelet atau filamen, paling sering menampilkan serat cincang, meskipun pencetakan komposit serat kontinu sedang dieksplorasi lebih dan lebih. Misalnya, Desktop Metal baru-baru ini mengumumkan printer Fiber 3D yang mampu memperkuat material nilon, PEEK, dan PEKK dengan serat karbon kontinu.
Sebuah laporan Analisis SmarTech memperkirakan bahwa pasar pencetakan 3D komposit global akan tumbuh pada CAGR sebesar 22,3% selama lima tahun ke depan. Ini menunjukkan peluang menghasilkan nilai yang tinggi, karena komposit menjadi lebih relevan di segmen yang berkembang di luar sektor medis dan kedirgantaraan dan ke area konsumen, seperti otomotif, energi, dan transportasi generasi mendatang secara umum.
Pasar pencetakan 3D komposit telah berkembang selama 12 bulan terakhir, dengan sejumlah bahan dan aplikasi tumbuh secara signifikan. Misalnya, pencetakan 3D komposit telah memungkinkan peluncuran rangka sepeda komposit cetak 3D.
Awal tahun ini, Continuous Composites menggandeng Arkema, melalui lini bisnis raksasa kimia Sartomer. Kemitraan ini akan melihat teknologi pencetakan continuous fiber 3D (CF3D) yang dipatenkan oleh Continuous Composites, dikombinasikan dengan solusi resin photocurable dari Arkema, sehingga memberikan opsi baru untuk continuous fiber composite AM.
Dalam nada yang sama, Sandvik telah menciptakan komposit berlian pertama di dunia untuk pencetakan 3D. Komposit menunjukkan kekerasan yang luar biasa dan konduktivitas panas, serta kepadatan rendah, ketahanan korosi dan ekspansi termal yang baik. Bahan seperti ini bisa sangat bermanfaat untuk aplikasi luar angkasa.
Grafena pencetakan 3D
Selain plastik rekayasa dan komposit, industri ini bekerja untuk memungkinkan pencetakan 3D bahan canggih berdasarkan graphene.
Grafena adalah salah satu material terkuat di bumi. Karena konduktivitas listrik dan termalnya yang tinggi, ia dicari oleh berbagai industri, mulai dari manufaktur baterai hingga kedirgantaraan.
Bulan lalu, Terrafilum, produsen filamen pencetakan 3D, bermitra dengan XG Sciences, perancang dan produsen komposit nano graphene, untuk mengembangkan bahan yang disempurnakan graphene untuk pencetakan 3D ekstrusi.
Selanjutnya, peneliti dari Virginia Tech dan Lawrence Livermore National Laboratory telah mengembangkan cara baru untuk mencetak objek kompleks 3D, menggunakan graphene, sejak 2016.
Sebelumnya, peneliti hanya dapat cetak bahan ini dalam lembaran 2D atau struktur dasar. Sekarang mereka telah mengembangkan proses berbasis stereolitografi yang dapat membuat struktur 3D graphene kecil (hingga 10 mikron).
Namun, satu perusahaan mampu memindahkan graphene yang dicetak 3D ke dalam aplikasi dunia nyata. Perusahaan teknik multinasional Amerika, AECOM, telah menggunakan pencetakan 3D skala besar dari penyedia Inggris, Scaled, untuk membuat lengkungan sinyal setinggi 4,5 m untuk jaringan transportasi.
Menggunakan lengkungan graphene yang berada di atas rel menghilangkan kebutuhan untuk memasang peralatan digital baru ke infrastruktur yang ada.
Lengkungan ini diproduksi dalam polimer baru yang diperkuat grafena, yang dipasok oleh mitra material Aecom, Versarien.
Meskipun pencapaian ini, grafena tetap menjadi material yang sangat menantang untuk 3D cetak, dan juga mahal dan sulit untuk diproduksi. Mengingat hal ini, kami masih dalam tahap awal pencetakan 3D graphene – namun, kemajuannya sejauh ini terlihat sangat menjanjikan.
Pertumbuhan eksplosif bahan elastomer
Semakin banyak perusahaan menerapkan pencetakan 3D dalam aplikasi konsumen, medis dan industri, yang membutuhkan sifat lembut dan fleksibel, namun tangguh dan kuat. Permintaan ini mendorong pertumbuhan pasar untuk bahan fleksibel, seperti TPU dan silikon.
Hanya dalam enam bulan terakhir saja, ada beberapa pengumuman seputar materi fleksibel untuk pencetakan 3D.
Pada bulan Juli, perusahaan kimia global, Huntsman, memperkenalkan rangkaian bahan IROPRINT AM yang lembut dan fleksibel untuk aplikasi alas kaki. Bahan tersedia dalam tiga bentuk – resin, bubuk, dan filamen – dan dapat digunakan untuk memproduksi alas kaki, selang dan gasket, gripper robot, seal, dan aplikasi serupa karet lainnya.
Kemudian perusahaan kimia Jerman, Covestro, menyoroti aplikasi baru untuk bahan TPU-nya:sol ortopedi cetak 3D.
TPU adalah bahan pilihan untuk aplikasi ini, berkat berbagai sifat yang disukainya. Secara khusus, produk TPU Covestro mencakup berbagai kekerasan, yang dapat disesuaikan dengan mengubah struktur desain insole. Ini berarti pabrikan dapat mencetak sol sepatu yang menampilkan area kontak keras atau lunak, mencapai penyesuaian tertinggi.
Selanjutnya, Dow, pemimpin global dalam ilmu elastomer silikon, meluncurkan dua bahan cetak 3D karet silikon cair baru. Baru-baru ini, perusahaan bermitra dengan Nexus Elastomer Systems dan German RepRap, untuk memberi pengguna pencetakan 3D kemampuan untuk mencetak bagian karet silikon 3D dalam warna.
Kemampuan baru dan penuh warna ini bergantung pada kombinasi tiga elemen kunci:bahan SILASTIC 3D 3335 LSR Dow, printer 3D Liquid Additive Manufacturing (LAM) RepRap Jerman, dan sistem dosis baru oleh Nexus Elastomer Systems. Dengan kemampuan ini, pengguna dapat menambahkan berbagai warna pada cetakan mereka, tanpa mengubah karakteristik mekanis atau kinerja bagian tersebut.
Akhirnya, EOS baru-baru ini memperluas portofolio material polimernya dengan meluncurkan produk baru bedak EOS TPU 1301 fleksibel. Menurut EOS, EOS TPU 1301 menawarkan ketahanan yang luar biasa setelah deformasi, penyerapan goncangan yang sangat baik, dan stabilitas proses yang sangat tinggi. Bahan ini sangat cocok untuk aplikasi dalam alas kaki, gaya hidup, dan otomotif – termasuk elemen bantalan, alat pelindung, dan sol sepatu.
Jelas, ketersediaan bahan yang fleksibel memungkinkan perusahaan membuka aplikasi baru dan memanfaatkan pencetakan 3D di lebih banyak ceruk.
Polimer dengan sifat tahan api
Ada dorongan kuat dalam industri terhadap material dengan sifat tertentu, salah satunya adalah tahan api.
Tren ini kemungkinan didorong oleh permintaan dari industri dengan persyaratan keselamatan kebakaran yang ketat, seperti transportasi dan elektronik, yang mulai lebih banyak menggunakan pencetakan 3D.
Di antara perkembangan terbaru adalah bahan tahan api bersertifikasi UL Blue Card, Novamid AM1030 FR, untuk printer 3D ekstrusi. Bahan ini dikembangkan dari teknologi Novamid DSM dan disertifikasi sebagai V0 (pembakaran berhenti dalam 10 detik pada spesimen vertikal) dan V2 (pembakaran berhenti dalam 30 detik pada spesimen vertikal).
DSM percaya bahwa tingkat ketahanan api bahan membuatnya cocok untuk aplikasi di sektor otomotif dan elektronik.
Demikian pula, Teknologi Cubicure, Markforged dan CRP telah merilis bahan tahan api mereka sendiri. Bahan dari Teknologi CRP dan Markforged juga merupakan komposit, yang membuatnya diinginkan untuk sejumlah aplikasi industri penting.
Kami percaya pengembangan bahan polimer khusus akan terus berlanjut, karena perusahaan semakin banyak menemukan kegunaan untuk pencetakan 3D. Area lain yang kami harapkan akan mengalami pertumbuhan tinggi adalah polimer dengan ketahanan Ultraviolet (UV) yang lebih besar, yang akan membantu mendorong aplikasinya di sektor otomotif.
Bahan keramik
Pasar keramik cetak 3D mungkin belum sebesar polimer, namun sama menariknya. Pasar ini diperkirakan akan tumbuh dari peluang pendapatan $20 juta pada tahun 2020 menjadi lebih dari $450 juta pada tahun 2029, menurut laporan oleh SmarTech Analysis.
Laporan ini juga menyoroti fakta bahwa nilai suku cadang penggunaan akhir, yang diproduksi dengan bahan keramik teknis atau tradisional, diperkirakan akan mendorong permintaan perangkat keras dan bahan untuk jangka menengah hingga jangka panjang.
Teknik, atau keramik berkinerja tinggi, khususnya, memiliki sifat mekanik canggih, termasuk kekuatan yang sangat tinggi, suhu tinggi, dan ketahanan kimia. Mereka adalah bahan ringan, yang sudah digunakan di beberapa sektor manufaktur maju, dari aerospace hingga elektronik, banyak di antaranya merupakan pengadopsi pertama teknologi AM.
Tahun lalu, XJet Ltd., perusahaan di balik teknologi NanoParticle Jetting (NPJ) untuk keramik dan logam, menambahkan bahan keramik baru ke sistem AM-nya:alumina. Material baru ini bergabung dengan zirkonia dalam portofolio keramik teknis XJet.
Dibandingkan dengan zirkonia, alumina memiliki fitur tertentu, seperti tingkat kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi, tetapi menunjukkan ketahanan aus yang lebih rendah, sehingga lebih mudah untuk dikerjakan dan disempurnakan sebelum dan sesudah pembakaran.
Meskipun pencetakan 3D keramik tertinggal di belakang pencetakan 3D dari polimer dan logam, ada potensi besar untuk teknologi ini dan bahan yang menyertainya untuk berkembang dalam lima hingga sepuluh tahun ke depan.
Bahan logam
Material AM logam adalah sektor yang penuh pertumbuhan. Pada tahun 2018, pendapatan dari logam mencapai 390 juta EUR, seperti yang dilaporkan oleh Ampower, dan tumbuh sekitar 41,9%, melanjutkan pertumbuhan lebih dari 40% selama lima tahun terakhir (Wohlers Report 2018).
Jumlah perusahaan yang mengadopsi pencetakan 3D logam juga terus meningkat, mendorong permintaan akan keragaman dan kualitas material yang lebih besar.
Produksi serbuk logam meningkat
Sebagai akibat dari permintaan ini, semakin banyak pemasok material yang bergabung dengan industri, dan mereka yang telah bergabung, meningkatkan kemampuan produksi logam mereka.
Hal ini sangat umum bagi produsen serbuk logam, yang ingin memasok bahan untuk proses berbasis serbuk, seperti Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM), Binder Jetting, dan bubuk Direct Energy Deposition ( DED) – yang saat ini berada pada lintasan pertumbuhan yang kuat.
Salah satu produsen serbuk logam terkemuka di dunia, Höganäs AB, telah memulai pembangunan pabrik atomisasi barunya untuk produksi serbuk logam dengan kemurnian tinggi untuk industri AM.
Pabrik baru yang berlokasi di Jerman akan membantu Höganäs untuk meningkatkan pangsa pasarnya di segmen pencetakan 3D yang sedang berkembang. Bubuk yang diproduksi di pabrik akan dijual secara global, di bawah merek dagang Amperprint®. Merek Amperprint saat ini mencakup paduan nikel, kobalt, dan besi.
Demikian pula, Liberty House Group, perusahaan induk dari Liberty Powder Metals Inggris, sedang membangun fasilitas pengembangan logam bubuk di Inggris.
Perusahaan berharap fasilitas ini dapat memperluas jangkauannya di bidang logam dan material khusus untuk AM. Pabrik tersebut akan mencakup kemampuan seperti penyemprot gas inert inert vakum (VIGA) dan berbagai peralatan pengayakan, pencampuran, pengemasan, dan analitik.
Selanjutnya, Sandvik, pengembang dan produsen bahan canggih, telah membuka pabrik barunya untuk produksi serbuk titanium AM melalui atomisasi, di mana ia menginvestasikan sekitar 200 juta Krona Swedia.
Peluncuran fasilitas serbuk titanium oleh Sandvik mendukung tren yang berkembang menuju pencetakan 3D titanium. Titanium bisa menjadi logam yang sulit untuk dikerjakan, terutama dalam hal permesinan. AM menjadi alternatif yang layak, membantu perusahaan mengurangi limbah titanium dan memberikan fleksibilitas desain yang lebih besar.
Produsen material logam berkembang di seluruh rantai nilai AM
Seiring dengan peningkatan produksi serbuk logam, banyak perusahaan yang memproduksi bahan untuk pencetakan 3D logam memperluas peran mereka di sepanjang rantai nilai AM. Beberapa secara strategis mengakuisisi perusahaan lain, sementara yang lain merestrukturisasi bisnis mereka.
Contoh yang bagus adalah perusahaan dirgantara dan otomotif Inggris, GKN. Pada awal tahun ini, anak perusahaannya, GKN Additive, mengumumkan sub-brand baru, GKN Additive Materials, yang merupakan hasil merger dengan GKN Hoeganaes, produsen serbuk logam induk perusahaan.
Hal ini membuat Aditif GKN, yang juga memiliki sub-merek, Aditif GKN Komponen, pemasok solusi bubuk-ke-bagian lengkap. Hal ini memungkinkan perusahaan untuk menggabungkan pengetahuan tentang proses dan material AM di bawah satu atap, sehingga menghasilkan pemahaman yang lebih baik tentang kedua aspek teknologi AM.
Untuk lebih memperkuat posisinya di pasar AM, GKN juga baru-baru ini mengakuisisi penyedia layanan pencetakan 3D yang berbasis di AS, Forecast 3D. Sementara Forecast 3D mengkhususkan diri dalam pencetakan 3D polimer, langkah ini akan memungkinkan GKN untuk mempromosikan AM secara silang sekarang, baik dalam logam maupun plastik.
Dengan akuisisi ini, GKN yang berbasis di Inggris dapat memiliki jangkauan yang lebih luas di pasar AS dan akan dapat memasuki lini bisnis yang sama sekali baru, yaitu polimer AM.
Dan GKN bukan satu-satunya contoh pemekaran AM ke wilayah lain.
Swedia Sandvik juga baru-baru ini membuat langkah mengejutkan dengan mengakuisisi 30% saham di penyedia layanan pencetakan 3D logam Italia, Beam IT. Menurut perusahaan, langkah ini sejalan dengan ambisi strategisnya untuk meningkatkan kehadirannya di industri manufaktur yang lebih luas, sebuah kehadiran yang ingin dicapai dengan berinvestasi dalam aditif.
Bahan logam baru untuk AM
Dengan semua aktivitas ini menunjukkan kondisi industri AM logam yang sehat, indikator utama dari pertumbuhannya adalah pengembangan material yang berkelanjutan.
Serbuk logam terkenal sulit untuk dikembangkan, apalagi untuk disertifikasi. Namun, kemajuan di bidang ini terus berlanjut.
Misalnya, H.C. Starck Tantalum dan Niobium GmbH, anak perusahaan dari JX Nippon Mining &Metals, telah memperkenalkan rangkaian serbuk tantalum dan niobium (Ta/Nb) AM yang diatomisasi, dengan nama merek AMtrinsic.
Berkat tingginya titik leleh, ketahanan korosi yang tinggi dan konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, bahan-bahan ini akan memungkinkan pengguna AM untuk menerapkan teknologi dalam pemrosesan kimia, sektor energi, dan berbagai lingkungan bersuhu tinggi.
Serbuk AMtrinsik menjanjikan kemampuan mengalir yang sangat baik, kepadatan tap yang tinggi, bentuk sferis yang 'sempurna' dan distribusi ukuran partikel yang sempit – karakteristik utama untuk bahan yang digunakan dalam proses fusi unggun serbuk.
Selanjutnya, OxMet Technologies, sebuah perusahaan pengembang paduan yang berlokasi di Inggris, telah mengembangkan berbagai paduan nikel berkekuatan tinggi dan bersuhu tinggi, yang dirancang khusus untuk proses AM.
Paduan baru dikatakan menunjukkan kekuatan tinggi hingga 900 ° C. Ini dilaporkan merupakan peningkatan kinerja yang signifikan, karena paduan nikel terkuat (Paduan 718) yang saat ini tersedia untuk AM menjadi tidak stabil di atas 650 ° C, sehingga tidak cocok untuk digunakan dalam komponen turbomachinery paling penting.
Dalam contoh lain, Aeromet International, spesialis pengecoran yang berbasis di Inggris, meningkatkan bubuk aluminium A20X yang dipatenkan, sehingga melampaui tanda Kekuatan Tarik Tertinggi (UTS) 500 MPa. Menurut perusahaan, pencapaian ini menjadikan bahan tersebut sebagai salah satu serbuk aluminium AM terkuat yang tersedia secara komersial.
Untuk berkontribusi pada gagasan ekonomi sirkular, yang ditujukan pada penggunaan sumber daya secara terus-menerus, microwave spesialis teknologi plasma, 6K, telah meluncurkan bubuk AM yang berasal dari sumber yang berkelanjutan.
Bubuk tersebut diproduksi menggunakan teknologi UniMelt unik 6K, yang mampu mengubah penggilingan mesin, pembubutan dan sumber bahan baku daur ulang lainnya menjadi bubuk premium untuk AM.
Di masa depan, 6K berencana untuk membuat bubuk dari struktur pendukung AM dan cetakan AM yang gagal. Tujuannya adalah untuk menggunakan 100% bahan yang masuk ke rantai pasokan, memberikan pengguna akhir AM cara baru untuk mengelola biaya proyek dan mengontrol rantai pasokan, sekaligus memperkenalkan keberlanjutan yang lebih besar dalam AM logam.
Material:Bagian penting dari teka-teki Manufaktur Aditif
Material memainkan peran penting dalam membuat AM menjadi teknologi produksi yang sebenarnya. Menurut survei terbaru oleh Jabil, 41% pengguna AM yang disurvei percaya bahwa memperkenalkan bahan yang lebih baik akan membuat dampak terbesar dalam mendorong adopsi massal pencetakan 3D untuk produksi.
Dan industri secara aktif menanggapi permintaan tersebut. Polimer canggih sedang dikembangkan, serta logam khusus. Pemasok material sekarang lebih memahami tentang cara mengidentifikasi, mengoptimalkan, memproduksi, dan mendaur ulang material untuk AM.
Pada saat yang sama, kami melihat lebih banyak pemain bercabang ke area baru pengembangan material, baik itu komposit, silikon, atau keramik.
Namun demikian, biaya material yang tinggi tetap menjadi salah satu hambatan utama untuk menskalakan aplikasi teknologi. Mungkin kita akan segera melihat harga material turun, karena permintaan meningkat. Namun, ini tidak akan terjadi dalam semalam.
Pada akhirnya, industri bahan cetak 3D tampaknya berkembang pesat, didorong oleh perusahaan besar dan perusahaan rintisan khusus. Kami yakin bahwa tren kenaikan ini akan terus membentuk industri AM di tahun-tahun mendatang.
