Bagaimana Pasar Perangkat Keras Pencetakan 3D Berkembang di 2020
Awal tahun ini, AMFG menerbitkan . keduanya Laporan Lanskap Manufaktur Aditif 2020 , melihat pemain pasar utama dan tren terbesar yang membentuk industri ini. Hari ini, kami meluncurkan serangkaian artikel, menggali lebih dalam ke setiap segmen ekosistem manufaktur aditif (AM), dimulai dengan perangkat keras.
Pada tahun 2020, lebih dari setengah produsen perangkat keras membentuk lanskap AM, dengan sejumlah besar dari mereka telah bergabung dengan industri ini selama dekade terakhir.
Dengan masuknya perusahaan baru, beberapa tahun terakhir ini terjadi evolusi yang cepat dari printer 3D, karena printer ini menjadi lebih cepat, lebih andal, dan mampu produksi.
Di bawah ini, kami menelusuri beberapa perkembangan dan tren paling menonjol yang membentuk pasar perangkat keras pencetakan 3D.
Lihat artikel lain yang tercakup dalam seri ini:
Evolusi Pasar Bahan Cetak 3D:Tren dan Peluang
Perangkat Lunak Pencetakan 3D:Mencapai Produksi Digital Sejati
Pasca Pemrosesan untuk Pencetakan 3D Industri:Tren Utama yang Harus Anda Ketahui
Perangkat keras pencetakan 3D dari logam
Bisa dibilang, pasar perangkat keras logam adalah salah satu segmen pencetakan 3D yang tumbuh paling cepat. Firma riset, CONTEXT, memperkirakan bahwa pengiriman printer 3D logam akan melihat tingkat pertumbuhan volume unit tahun-ke-tahun lebih dari 49 persen.
Segmen perangkat keras AM logam juga akan menciptakan peluang pendapatan hampir $4 miliar, menurut laporan terbaru dari firma analis industri, SmarTech Analysis.
Pada tahun 2020, pasar pencetakan 3D logam sangat beragam, dengan sebanyak 18 teknologi berbeda yang membentuknya, seperti yang dilaporkan oleh AMPOWER.
Di antara teknologi ini, keluarga Powder Bed Fusion (PBF) memainkan peran terbesar dalam AM logam, terdiri dari 80 persen dari semua instalasi sistem AM logam di seluruh dunia. Keluarga PBF mencakup teknologi berbasis laser dan berbasis berkas elektron.
Pasar perangkat keras PBF terbagi di antara beberapa perusahaan mapan, termasuk EOS, Renishaw, Sistem 3D, Solusi SLM, Trumpf, dan GE.
GE, khususnya, menonjol dengan diversifikasi penawaran yang unik di pasar AM logam. Selain menyediakan printer Concept Laser 3D berbasis laser, GE juga merupakan salah satu dari sedikit perusahaan yang menawarkan peralatan Electron Beam Melting (EBM), yang diproduksi oleh Arcam. Selain itu, perusahaan juga mengembangkan pencetakan 3D pengikat logam, yang telah diadopsi oleh beberapa pengguna awal.
Dengan beralihnya fokus pencetakan 3D logam ke aplikasi produksi, banyak pemain di bidang ini telah mengembangkan sistem mereka untuk memenuhi permintaan akan kecepatan yang lebih cepat dan keandalan yang lebih besar.
Salah satu tema umum dalam lomba ini adalah pengenalan sistem multilaser.
Menggunakan beberapa laser (biasanya 2 atau 4) dapat mempercepat proses pencetakan dengan meningkatkannya hingga empat kali lipat. Selain itu, sistem multilaser lebih produktif, yang membantu menurunkan biaya suku cadang dan/atau menghasilkan lebih banyak suku cadang dalam periode waktu yang lebih singkat. Mesin multilaser juga diklaim dapat memungkinkan beberapa bagian untuk dicetak sekaligus.
Di antara produsen printer 3D yang menawarkan sistem tersebut adalah EOS, Concept Laser (GE), SLM Solutions, Renishaw, dan Additive Industries.
Di luar pemain mapan, pasar PBF melihat jumlah pendatang baru meningkat, masing-masing dengan keunikan teknologinya.
Salah satu contohnya termasuk VELO3D, yang telah mengembangkan sistem yang dapat mencetak hampir tanpa dukungan, berkat mekanisme pelapisan ulang yang canggih dan integrasi yang erat antara perangkat keras dan perangkat lunak.
Aurora Labs adalah game-changer potensial lainnya, menawarkan sistem logam yang dapat mencetak beberapa lapis bubuk, secara bersamaan, dalam satu lintasan. Pada dasarnya, ini sama dengan peningkatan substansial dalam kecepatan cetak. Baru-baru ini, perusahaan telah melaporkan bahwa printer 3D PMP1 miliknya dapat mencapai kecepatan cetak 350 kg/hari.
Munculnya teknologi pengaliran pengikat logam
Tren lain yang terlihat adalah fokus baru pada pengaliran pengikat logam. Sementara teknologi telah ada untuk sementara waktu, hanya baru-baru ini telah diakui sebagai metode yang layak untuk aplikasi volume tinggi. Pertama, sistem pengaliran pengikat logam biasanya lebih murah dan lebih cepat daripada sistem PBF.
ExOne, produsen pertama sistem jetting pengikat logam, kini harus bersaing dengan sejumlah pendatang baru seperti Digital Metal, Desktop Metal dan HP.
Desktop Metal dan HP, khususnya, memiliki strategi agresif dalam membuat metode binder jetting yang dapat bersaing dengan manufaktur tradisional untuk aplikasi tertentu. Untuk mencapai hal ini, Desktop Metal, misalnya, telah mengembangkan sistem dua arah (mencetak dalam dua arah), yang memungkinkan pencetakan resolusi tinggi hingga 12.000 cm3/jam. Ini berarti lebih dari 60 kg bagian logam per jam.
HP, di sisi lain, telah mengembangkan agen pengikat inovatif untuk membuat proses sintering, yang terjadi ketika bagian dicetak, lebih cepat dan lebih murah.
'Dengan logam cetakan injeksi Anda biasanya memiliki lebih dari 10% berat pengikat yang harus dibakar. Dalam kasus kami, kami memiliki kurang dari 1%, yang urutan besarnya lebih kecil, membuatnya lebih cepat, lebih murah, dan lebih mudah untuk disinter', kata Tim Weber, Global Head of Metals HP, berbicara dalam sebuah wawancara dengan AMFG.
Pengaliran binder logam memiliki potensi untuk membuka kunci aplikasi, yang saat ini tidak dapat dilakukan dengan teknologi pencetakan 3D logam lainnya, terutama di industri volume tinggi seperti otomotif. Ini berarti bahwa evolusi di sektor ini akan terus berlanjut, menjadikannya the satu untuk mengawasi.
Printer 3D logam ringkas:Segmen baru yang penuh pertumbuhan
Sementara sistem pengaliran PBF dan pengikat logam dirancang untuk memenuhi kebutuhan produksi, sektor lain dari printer 3D logam kompak meningkat untuk membuat pembuatan prototipe bagian logam lebih murah dan lebih mudah. Laporan terbaru dari SmarTech Analysis memperkirakan bahwa penjualan printer logam industri kompak akan mencapai $1 miliar pada tahun 2027.
Markforged dan Desktop Metal saat ini adalah dua perusahaan terbesar yang mengembangkan printer 3D logam kompak.
Baik Markforged's Metal X dan Desktop Metal's Studio System adalah printer 3D berbasis ekstrusi yang menggunakan bubuk logam yang dienkapsulasi plastik untuk membuat bagian hijau, yang kemudian disinter dalam tungku. Pendekatan ini menjadikannya pilihan yang jauh lebih terjangkau dibandingkan dengan printer 3D logam tradisional yang lebih mahal. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh biaya pengoperasian yang lebih rendah, dimungkinkan oleh bahan cetakan injeksi logam yang lebih murah.
Keterjangkauan dan pengaturan yang lebih mudah dari sistem AM logam kompak jelas beresonansi dengan pasar. Pada Q1 2019, Markforged dan Desktop Metal menjadi pusat perhatian dalam hal pengiriman printer 3D, dengan Desktop Metal mengirimkan jumlah terbesar printer 3D logam selama periode tersebut.
Kami berharap segmen pencetakan 3D logam ini akan terus tumbuh, karena printer 3D kompak dapat memasuki pasar yang sama sekali baru untuk pembuatan prototipe logam dan pengembangan produk yang terjangkau. Ini juga berarti bahwa pelanggan industri kini memiliki lebih banyak pilihan daripada sebelumnya untuk membantu eksplorasi AM logam mereka.
Meningkatkan keandalan pencetakan 3D logam
Untuk lebih memajukan printer 3D logam, perusahaan perlu memperkenalkan tingkat pengulangan yang lebih tinggi untuk prosesnya. Solusi utama untuk ini terletak pada memberi daya pada printer 3D dengan sensor dan visi mesin untuk memungkinkan pemantauan dalam proses.
Sensor dan kamera, yang ditempatkan di dalam printer 3D, dapat digunakan untuk mengukur berbagai aspek build secara real-time, membantu mendokumentasikan proses build dan memastikan persyaratan terpenuhi. Data yang diperoleh dari sensor kemudian dapat dimasukkan kembali ke dalam perangkat lunak khusus, yang akan menganalisis data dan kemudian memberikan umpan balik tentang bagaimana proses dapat ditingkatkan.
Solusi ini dikenal sebagai sistem kontrol loop tertutup , dan itu menjadi persyaratan penting untuk printer 3D logam.
Mempertahankan kontrol atas proses pembangunan, melalui sistem kontrol loop tertutup, memungkinkan produsen untuk mencapai geometri yang konsisten, permukaan akhir dan sifat material yang mendukung kualitas.
Namun, kontrol kualitas dalam proses, yang diaktifkan oleh sistem loop tertutup, masih relatif baru untuk teknologi AM dan menghadirkan hambatan bagi produsen untuk menerapkannya. Pada 2019, hanya sebagian kecil printer 3D, yang tersedia di pasaran, yang dilengkapi dengan unit kontrol loop tertutup.
Di masa depan, kami mengantisipasi bahwa semua printer 3D logam akan dilengkapi dengan sistem kontrol loop tertutup, yang secara signifikan akan meningkatkan pengulangan proses, dengan mengurangi risiko kegagalan build.
Printer 3D Polimer
Sementara perangkat keras pencetakan 3D logam berkembang pesat, perangkat keras polimer tetap menjadi segmen terbesar dalam hal sistem yang digunakan. 72 persen perusahaan, yang disurvei untuk Laporan Pencetakan 3D Global 2019 EY, menggunakan sistem AM polimer, dibandingkan dengan 49 persen yang menggunakan sistem logam.
Alur kerja yang tidak terlalu rumit dan keterjangkauan yang lebih besar adalah dua faktor utama dalam memilih printer 3D polimer daripada printer 3D logam.
Serupa dengan pasar pencetakan 3D logam, pasar polimer dibagi oleh sejumlah teknologi, termasuk Fused Filament Fabrication (FFF), Stereolithography (SLA)/Digital Light Processing (DLP), Selective Laser Sintering (SLS) dan Multi Jet Fusion (MJF), dengan banyak teknologi baru menunggu komersialisasi dalam beberapa tahun ke depan.
Masing-masing teknologi ini mengalami evolusi, karena perusahaan bertujuan untuk mengembangkan solusi profesional yang andal, baik untuk produksi maupun pembuatan prototipe.
Mungkin perkembangan yang paling mengesankan terjadi di segmen perangkat keras SLA/DLP. Teknologi ini menjadi solusi produksi yang sebenarnya, terutama untuk industri seperti produk gigi dan konsumen. Misalnya, printer SLA 3D digunakan untuk memproduksi sebagian besar cetakan untuk pelurus gigi, menghasilkan ratusan ribu perangkat per tahun.
Namun, teknologinya masih perlu matang untuk melampaui hanya cetakan dan memungkinkan produksi langsung perangkat tersebut.
Ketika datang ke perangkat keras dengan basis instalasi terbesar , printer 3D FFF tetap di atas. Hal ini dapat dijelaskan dengan popularitas printer 3D FDM desktop yang dapat diakses dari perusahaan seperti Ultimaker dan Makerbot.
Perkembangan menarik dalam printer 3D SLS
Beralih ke printer 3D SLS, sektor ini juga mengalami beberapa perkembangan penting. Salah satu contohnya melibatkan Aerosint, sebuah perusahaan Belgia, yang sedang mengerjakan sistem SLS yang akan dapat mencetak dengan dua bubuk yang berbeda. Ini akan memungkinkan mesin untuk menggunakan satu bubuk sebagai bahan pendukung yang murah.
Biasanya unfused support powder pada mesin SLS adalah bahan yang sama yang digunakan untuk mencetak part, dan harganya cenderung mahal. Memperkenalkan mesin yang dapat menggunakan bahan pendukung murah dan bahan kedua untuk pencetakan suku cadang, dapat menghemat banyak uang bagi mereka yang menggunakan proses SLS.
Perkembangan lain yang dapat menata ulang pencetakan 3D SLS datang dari EOS. Di Formnext 2018, EOS meluncurkan sistem LaserProFusion mendatang yang menjanjikan untuk membuat produksi 3D polimer 10 kali lebih cepat. Untuk mencapai prestasi ini, perusahaan menghabiskan lebih dari 8 tahun untuk menata ulang teknologi laser yang digunakan dalam proses tersebut.
Sementara mesin SLS saat ini menggunakan satu, atau beberapa, laser CO₂, sistem LaserProFusion akan dapat menggunakan hingga satu juta laser dioda. Ini akan memungkinkannya untuk membuat suku cadang, tidak hanya dengan resolusi tinggi, tetapi juga pada kecepatan pencetakan yang jauh lebih tinggi, yang berpotensi menyaingi pencetakan injeksi.
Teknologi ini dijadwalkan untuk rilis komersial dalam beberapa tahun mendatang.
Pertumbuhan pesat HP Multi Jet Fusion
MJF memasuki pasar pada tahun 2016, ketika HP secara terbuka mengumumkan perpindahannya ke pencetakan 3D dan meluncurkan printer 3D polimer pertamanya. Sejak itu, MJF telah menjadi salah satu proses pencetakan 3D polimer yang tumbuh paling cepat. Lebih dari 10 juta komponen dikatakan telah diproduksi menggunakan printer 3D MJF HP pada tahun 2018.
MJF, yang termasuk dalam keluarga powder bed fusion seperti SLS, memiliki keunggulan dalam hal akurasi dimensi dan material properti, memungkinkan untuk mencetak bagian toleransi tinggi yang unggul dalam kekuatan dan fleksibilitas.
HP berkomitmen untuk memajukan teknologi MJF . Tahun lalu, ia meluncurkan Jet Fusion 5200 Series. Seri baru ini memperluas portofolio MJF HP yang ada, yang juga mencakup Seri Jet Fusion 300/500 untuk prototipe fungsional dan Seri Jet Fusion 4200 untuk produksi dan jangka pendek. Seri printer 3D baru menambah portofolio, menawarkan solusi untuk produksi volume.
Di antara fitur yang paling menonjol dari Seri 5200 adalah kekuatan lampu yang ditingkatkan di dalam printer 3D 5200. Hal ini memungkinkan sistem baru untuk memadukan bubuk dalam satu lintasan, berbeda dengan mode dua lintasan pada sistem sebelumnya. Hasilnya, sistem memiliki peningkatan produktivitas sebesar 40 persen dan membuka kemungkinan untuk pencetakan 3D dari bahan bersuhu tinggi.
Printer 3D desktop profesional
Pasar pencetakan 3D desktop adalah salah satu yang termuda di sektor perangkat keras. Kemunculannya dapat dilacak kembali ke awal 'gerakan pembuat', di akhir tahun 2000-an. Gerakan ini melahirkan revolusi pencetakan 3D konsumen, yang, bagaimanapun, dengan cepat runtuh karena kurangnya permintaan di pasar konsumen.
Melonjaknya hype seputar pencetakan 3D konsumen memaksa banyak perusahaan printer 3D desktop gulung tikar. Namun, sedikit yang bertahan dengan transisi dari konsumen ke pasar profesional dan perusahaan.
Ini memungkinkan vendor seperti Ultimaker, MakerBot, dan Formlabs untuk masuk, tumbuh, dan berkembang.
Pergeseran ini juga mengungkapkan kebutuhan yang meningkat untuk sistem industri yang lebih kecil dan sebagian kecil dari biaya rekan-rekan mereka yang lebih besar.
Mengalihkan fokus ke pengguna profesional, mengharuskan vendor printer 3D desktop untuk mengubah solusi mereka. Hal ini mengakibatkan pengenalan fitur industri yang sebelumnya hanya ditemukan pada printer 3D kelas atas. Misalnya, tempat tidur berpemanas, enklosur, dan ekstruder ganda telah menjadi elemen penting dari printer 3D desktop FFF, yang menargetkan aplikasi profesional. Umumnya, perusahaan telah mencoba membuat sistem lebih produktif dan andal sambil mempertahankan format yang ringkas.
Mengingat SLA desktop, Formlabs tetap menjadi salah satu perusahaan terkemuka di sektor ini. Ia mengklaim sebagai penjual printer 3D desktop SLA terbesar di dunia, dengan lebih dari 40.000 sistem terjual.
Pada tahun 2019, Formlabs memperkenalkan teknologi baru bernama Low Force Stereolithography (LFS). Proses LFS menawarkan detail dan permukaan akhir yang lebih baik, berkat tangki fleksibelnya yang diklaim dapat mengurangi gaya pada suku cadang saat mencetak.
Dibangun di atas teknologi LFS yang canggih, printer Form 3 dan Form 3L 3D baru dari Formlabs membantu menjembatani kesenjangan antara pencetakan 3D desktop dan kelas industri.
Printer keramik 3D
Pada tahun 2020, pencetakan 3D keramik tidak sebaik teknologi pencetakan 3D polimer dan logam. Teknologi ini masih dalam tahap awal pengembangan, meskipun diprediksi akan mencapai kematangan dalam 5 hingga 6 tahun ke depan.
Karena kebaruan teknologi, ada beberapa vendor yang menawarkan sistem untuk pencetakan keramik 3D. Diantaranya adalah Sistem 3D, ExOne, Prodways, Lithoz, 3DCeram dan XJet.
Salah satu perkembangan yang bisa sangat transformatif untuk pencetakan 3D keramik, adalah pengenalan Teknologi Pengaliran Nanopartikel (NPJ) XJet.
Memulai debutnya pada tahun 2016, NPJ adalah jenis inkjeting di mana material nanopartikel (bisa keramik atau logam) tersuspensi dalam formulasi cair. Kemudian ribuan nozel dalam sistem XJet mengeluarkan jutaan tetes sangat halus dari suspensi cair ini, baik bahan penyusunnya maupun bahan pendukungnya.
Printer XJet mempertahankan suhu tinggi di dalam (hingga 300 °C) selama proses pencetakan. Ini membantu membakar cairan saat diendapkan, menghasilkan bagian yang padat. Bagian yang keluar dari printer, bagaimanapun, tetap dalam keadaan hijau dan membutuhkan sintering berikutnya untuk menyelesaikan pemadatan.
Pencetakan 3D inkjet terkenal dengan akurasi dan kemampuan untuk mencapai tingkat detail yang tinggi. Ini berarti bahwa sistem XJet berpotensi mampu membuat bagian akhir dari hampir semua geometri, termasuk yang memiliki lubang kecil, dinding tipis, lengkungan yang menantang, dan tepi yang tajam.
Aplikasi seperti komponen untuk pengobatan kanker payudara baru dan Antena cetak 3D telah menunjukkan kesesuaian printer 3D XJet untuk aplikasi industri.
Meskipun ada kemajuan baru-baru ini, masih ada jalan panjang di depan pencetakan 3D keramik. Namun, karena permintaan akan komponen keramik cetak 3D meningkat, pencetakan keramik 3D pada akhirnya akan menjadi bagian penting dan menguntungkan dalam industri manufaktur.
Printer 3D elektronik
Seperti pasar keramik, pasar pencetakan 3D untuk elektronik masih relatif muda tetapi merupakan salah satu yang menjanjikan. Saat ini, hanya sedikit perusahaan yang menyediakan perangkat keras untuk pencetakan 3D elektronik, seperti Nano Dimension dan Optomec yang memimpin.
Teknologi di balik sistem Nano Dimension dan Optomec sangat berbeda tetapi menawarkan peluang yang sama menariknya untuk membuat prototipe dan produksi langsung komponen elektronik, seperti antena, Printed Circuit Boards (PCB), kapasitor, dan sensor.
Salah satu perkembangan yang menarik banyak perhatian akhir-akhir ini adalah pengenalan DragonFly Lights-Out Digital Manufacturing (LDM).
Sistem ini dibangun di atas sistem DragonFly Pro Nano Dimension, yang diluncurkan kembali pada tahun 2017, untuk memungkinkan para insinyur dan desainer membuat prototipe komponen elektronik dengan cepat. LDM dikatakan mendorong kemampuan ini melampaui pembuatan prototipe, untuk menghadirkan manufaktur in-house, 24 jam untuk jangka pendek sejumlah kecil suku cadang.
Seperti versi sebelumnya dari sistem pencetakan 3D Nano Dimension, sistem ini bekerja dengan mendepositokan bahan konduktif dan isolasi bersama pada substrat PCB. Namun, yang berbeda adalah produktivitas mesin, yang meningkat lebih dari 40 persen, dibandingkan dengan DragonFly Pro.
Kemajuan seperti ini menggembirakan, karena membantu mendorong amplop untuk pencetakan 3D elektronik, di luar pembuatan prototipe. Meskipun masih banyak yang harus dilakukan, tidak hanya dalam hal perangkat keras tetapi juga bahan dan perangkat lunak, ini pasti menjadi dasar bagi pencetakan 3D elektronik untuk mencapai kedewasaan.
Perangkat keras pencetakan 3D:Mencapai keandalan tertinggi
Sektor perangkat keras pencetakan 3D berkembang pesat, karena perusahaan terus meningkatkan sistem yang tersedia dan mengembangkan solusi perangkat keras yang sama sekali baru.
Konon, biaya peralatan tetap menjadi salah satu penghalang terbesar untuk berinvestasi di AM. Menurut EY Laporan Pencetakan 3D Global 2019, 87 persen perusahaan melihat harga sistem yang tinggi sebagai penghalang penting untuk adopsi pencetakan 3D. Ini berarti bahwa menurunkan biaya peralatan AM akan menjadi kunci untuk memperluas penggunaan teknologi.
Industri pencetakan 3D memecahkan masalah ini dengan memperkenalkan printer 3D desktop yang lebih mudah diakses dan mesin AM logam kompak.
Sementara itu, jelas bahwa industri perangkat keras 3D telah terpengaruh oleh pecahnya pandemi, dengan pengiriman mengalami penurunan yang tidak mengejutkan. Firma riset pasar, CONTEXT, menunjukkan bahwa pendapatan perangkat keras di pasar printer 3D secara keseluruhan turun -27 persen dari angka tahun lalu . Hampir semua 20 perusahaan printer industri teratas di Barat mengalami penurunan yang cukup besar dari tahun ke tahun dalam jumlah pengiriman printer 3D.
Konon, vendor pencetakan 3D telah melaporkan minat baru pada teknologi sepanjang Q3 – dari sektor baru serta pasar yang dikenal. Menurut CONTEXT, mereka berharap bahwa minat ini akan berubah menjadi pesanan Q4.
Secara keseluruhan, permintaan untuk sistem tingkat industri yang lebih canggih akan terus mendorong evolusi perangkat keras AM. Dalam lima tahun ke depan, kami berharap perangkat keras pencetakan 3D mencapai keandalan yang jauh lebih besar, berkat solusi pemantauan dalam proses dan integrasi yang lebih erat dengan perangkat lunak.
