Pasar Perangkat Keras Cetak 3D Tahun 2020: Tren, Pemain Utama, dan Evolusi

Awal tahun ini, AMFG menerbitkan laporan Additive Manufacturing Landscape 2020 kedua, yang meninjau pemain pasar utama dan tren terbesar yang membentuk industri. Hari ini, kami meluncurkan serangkaian artikel, menelusuri lebih dalam setiap segmen ekosistem manufaktur aditif (AM), dimulai dengan perangkat keras.
 
Pada 2020, produsen perangkat keras menawarkan lebih dari setengah lanskap AM, dengan sejumlah besar yang bergabung dengan industri selama satu dekade terakhir.
 
Dengan aliran perusahaan baru, tahun-tahun terakhir melihat evolusi cepat printer 3D, karena mereka menjadi lebih cepat, lebih andal, dan mampu produksi.

 
Di bawah ini, kami menelusuri beberapa perkembangan dan tren terkemuka yang membentuk pasar perangkat keras cetak 3D.
 

Lihat artikel lain yang disajikan dalam seri ini:
 
Evolusi Pasar Bahan Cetak 3D: Tren dan Peluang
 
Perangkat Lunak Cetak 3D: Mencapai Produksi Digital Benar
 
Pemroses Pasca untuk Cetak 3D Industri: Tren Kunci yang Perlu Anda Ketahui
 

Perangkat Keras Cetak 3D Logam

Secara argued, pasar perangkat keras logam adalah salah satu segmen yang tumbuh paling cepat dari cetak 3D. Perusahaan riset, CONTEXT, mengestimasi bahwa pengiriman printer 3D logam akan melihat laju pertumbuhan volume unit tahunan lebih dari 49 persen.
  
Segmen perangkat keras AM logam juga diestimasi akan menciptakan peluang pendapatan hampir $4 miliar, menurut laporan terbaru dari perusahaan analis industri, SmarTech Analysis.
 
Pada 2020, pasar cetak 3D logam sangat beragam, dengan hingga 18 teknologi yang membentuknya, menurut AMPOWER.

 
Di antara teknologi ini, keluarga Powder Bed Fusion (PBF) memerankan peran terbesar dalam AM logam, mencakup 80 persen dari semua instalasi sistem AM logam di seluruh dunia. Keluarga PBF mencakup teknologi berbasis laser dan sinar elektron.
 
Pasar perangkat keras PBF dibagi di antara beberapa perusahaan terkemuka, termasuk EOS, Renishaw, 3D Systems, SLM Solutions, Trumpf dan GE.
 
GE, khususnya, menonjol dengan diversifikasi penawaran unik di pasar AM logam. Selain menyediakan printer 3D Concept Laser berbasis laser, GE juga salah satu perusahaan sehr sedikit yang menawarkan peralatan Electron Beam Melting (EBM), yang diproduksi oleh Arcam. Selain itu, perusahaan juga mengembangkan cetak 3D metal binder jetting, yang sudah diadopsi oleh beberapa pengguna awal.
 
Dengan fokus cetak 3D logam beralih ke aplikasi produksi, banyak pemain di bidang ini telah berevolusi sistem mereka untuk memenuhi permintaan akan kecepatan dan keandalan yang lebih besar.
 
Salah satu tema umum dalam balapan ini adalah perkenalan sistem multi-laser.
 
Menggunakan beberapa laser (biasanya 2 atau 4) dapat mempercepat proses pencetakan hingga empat kali lipat. Selain itu, sistem multi-laser lebih produktif, yang membantu menurunkan biaya bagian dan/atau menghasilkan lebih banyak bagian dalam waktu yang lebih singkat. Dikatakan juga bahwa mesin multi-laser dapat memungkinkan beberapa bagian dicetak sekaligus.
 
Di antara produsen printer 3D yang menawarkan sistem seperti ini adalah EOS, Concept Laser (GE), SLM Solutions, Renishaw dan Additive Industries.
 
Di luar pemain terkemuka, pasar PBF melihat peningkatan jumlah newcomer, masing-masing dengan pendekatan uniknya terhadap teknologi.
 
Salah satu contoh adalah VELO3D, yang telah mengembangkan sistem yang dapat mencetak dengan hampir nol pendukung, berkat mekanisme recoating canggih dan integrasi erat antara perangkat keras dan perangkat lunak.
 
Aurora Labs adalah pengubah permainan potensial lainnya, menawarkan sistem logam yang dapat mencetak beberapa lapisan bubuk, secara bersamaan, dalam satu lulus. Esensialnya, ini sama dengan peningkatan yang signifikan dalam kecepatan cetak. Baru-baru ini, perusahaan melaporkan bahwa printer 3D PMP1-nya dapat mencapai kecepatan cetak 350 kg/hari.
 

Kedudukan metal binder jetting teknologi

Salah satu tren yang terlihat adalah fokus baru pada metal binder jetting. Sementara teknologi ini ada sejak lama, baru-baru ini diakui sebagai metode yang berkelanjutan untuk aplikasi volume tinggi. Untuk itu, sistem metal binder jetting biasanya lebih murah dan lebih cepat dari sistem PBF.
 
ExOne, produsen pertama sistem metal binder jetting, kini harus bersaing dengan sejumlah newcomer seperti Digital Metal, Desktop Metal dan HP.

 
Desktop Metal dan HP, khususnya, memiliki strategi agresif dalam menjadikan binder jetting sebagai metode yang dapat bersaing dengan manufaktur tradisional untuk aplikasi tertentu. Untuk mencapai ini, Desktop Metal, misalnya, telah mengembangkan sistem bi-directional (mencetak di dua arah), yang memungkinkan pencetakan resolusi tinggi hingga 12.000 cm3/jam. Ini menerjemahkan menjadi lebih dari 60 kg bagian logam per jam.
 
HP, di sisi lain, telah mengembangkan agen binding inovatif untuk membuat proses sintering, yang terjadi ketika bagian dicetak, lebih cepat dan lebih murah.
 
‘Dengan metal injection moulding biasanya Anda memiliki lebih dari 10 % menurut bobot binder yang harus dibakar. Dalam kasus kami, kami memiliki kurang dari 1 %, yang satu urutan magnitudo lebih kecil, membuatnya lebih cepat, lebih murah dan jauh lebih mudah untuk sinter’, kata Tim Weber, Kepala Global Logam HP, berbicara dalam wawancara dengan AMFG.
 
Metal binder jetting memiliki potensi untuk membuka aplikasi, saat ini tidak dapat dilakukan dengan teknologi cetak 3D logam lainnya, terutama di industri volume tinggi seperti otomotif. Ini berarti bahwa evolusi di sektor ini akan berlanjut, menjadikannya satu yang harus diperhatikan.
 

Printer 3D logam kompakt: Segmen baru yang penuh potensi pertumbuhan

 
Sementara sistem PBF dan metal binder jetting dirancang untuk memenuhi kebutuhan produksi, segmen lain dari printer 3D logam kompakt sedang naik untuk membuat prototipe bagian logam lebih murah dan lebih mudah. Laporan terbaru dari SmarTech Analysis memprediksi bahwa penjualan printer 3D logam industri kompakt akan mencapai $1 miliar pada 2027.
 
Markforged dan Desktop Metal saat ini adalah dua perusahaan terbesar yang mengembangkan printer 3D logam kompakt.
 
Kedua Metal X Markforged dan Studio System Desktop Metal adalah printer 3D berbasis ekstrusi yang menggunakan bubuk logam terenkapsulasi plastik untuk membuat bagian hijau, yang kemudian disinter dalam furnace. Pendekatan ini membuatnya opsi yang jauh lebih terjangkau dibandingkan printer 3D logam tradisional yang lebih mahal. Ini sebagian besar karena biaya operasi yang lebih rendah, yang diaktifkan oleh bahan metal injection moulding yang lebih murah.
 
Keterjangkauan dan kemudahan penyiapan sistem AM logam kompakt jelas berkembang di pasar. Pada Q1 2019, Markforged dan Desktop Metal mengambil panggung sentral dalam hal pengiriman printer 3D, dengan Desktop Metal mengirimkan jumlah printer 3D logam terbanyak selama periode tersebut.
 
Kami mengasumsikan bahwa segmen cetak 3D logam ini akan terus tumbuh, karena printer 3D kompakt dapat menembus pasar baru sepenuhnya untuk prototipe logam terjangkau dan pengembangan produk. Ini juga berarti bahwa pelanggan industri kini memiliki lebih banyak opsi dari sebelumnya untuk membantu dalam eksplorasi AM logam mereka.
 

Peningkatan keandalan cetak 3D logam

 
Untuk mempercepat printer 3D logam, perusahaan perlu memperkenalkan tingkat repeatabilitas yang lebih tinggi ke dalam proses. Kunci solusinya terletak pada memberikan printer 3D dengan sensor dan machine vision untuk memungkinkan pemantauan in-proses.
 
Sensor dan kamera, yang ditempatkan di dalam printer 3D, dapat digunakan untuk mengukur banyak aspek build secara waktu nyata, membantu mendokumentasikan proses build dan memastikan persyaratan terpenuhi. Data yang diperoleh dari sensor kemudian dapat diumpankan ke perangkat lunak khusus, yang akan menganalisis data dan kemudian memberikan umpan balik tentang bagaimana proses dapat ditingkatkan.
 
Solusi ini dikenal sebagai sistem kontrol closed-loop, dan menjadi persyaratan yang esensial untuk printer 3D logam.
 
Mempertahankan kontrol atas proses build, melalui sistem kontrol closed-loop, memungkinkan produsen untuk mencapai geometri, finishing permukaan, dan properti bahan yang konsisten yang menjadi dasar kualitas.
 
Namun, kontrol kualitas in-proses, yang diaktifkan oleh sistem closed-loop, masih relatif baru bagi teknologi AM dan menyajikan hambatan bagi produsen untuk menerapkannya. Sejak 2019, hanya sebagian kecil printer 3D yang tersedia di pasaran dilengkapi dengan unit kontrol closed-loop.
 
Di masa depan, kami mengasumsikan bahwa semua printer 3D logam akan dilengkapi dengan sistem kontrol closed-loop, yang akan secara signifikan meningkatkan repeatabilitas proses, dengan mengurangi risiko kegagalan build.
 

Printer 3D polimer

Sementara perangkat keras cetak 3D logam tumbuh dengan cepat, perangkat keras polimer tetap menjadi segmen terbesar dalam hal sistem yang digunakan. 72 persen perusahaan, yang diuji untuk Global 3D Printing Report 2019 EY, menggunakan sistem AM polimer, dibandingkan 49 persen yang menggunakan logam.
 
Alur kerja yang lebih kompleks dan keterjangkauan yang lebih besar adalah dua faktor kunci untuk memilih printer 3D polimer dibandingkan printer 3D logam.

 
Mirip dengan pasar cetak 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 yang menunggu komersialisasi dalam beberapa tahun mendatang.
 
Setiap teknologi ini sedang berevolusi, karena perusahaan bertujuan untuk mengembangkan solusi profesional yang terpercaya, baik untuk produksi maupun prototipe.
 
Mungkin perkembangan yang paling menakjubkan terjadi di segmen perangkat keras SLA/DLP. Teknologi ini menjadi solusi produksi yang benar, terutama untuk industri seperti gigi dan produk konsumen. Misalnya, printer 3D SLA digunakan untuk memproduksi mayoritas cetakan untuk aligner gigi jernih, menghasilkan ratusan ribu perangkat per tahun.
 
Namun, teknologi ini masih perlu berkembang untuk melampaui hanya cetakan dan memungkinkan produksi langsung dari perangkat tersebut.
 
Ketika datang ke perangkat keras dengan basis instalasi terbesar, printer 3D FFF tetap berada di puncak. Ini dapat dijelaskan oleh popularitas printer 3D FDM desktop yang dapat diakses dari perusahaan seperti Ultimaker dan Makerbot.
 

Perkembangan menarik di printer 3D SLS

 
Melanjutkan ke printer 3D SLS, sektor ini juga telah melihat beberapa perkembangan yang layak perhatian. Salah satu contoh adalah Aerosint, perusahaan Belgia, yang sedang mengerjakan sistem SLS yang akan mampu mencetak dengan dua bubuk berbeda. Ini akan memungkinkan mesin untuk menggunakan satu bubuk sebagai bahan pendukung yang murah.
 
Biasanya, bubuk pendukung yang tidak terlebur dalam mesin SLS adalah bahan yang sama yang digunakan untuk mencetak bagian, dan cenderung mahal. Memperkenalkan mesin yang dapat menggunakan bahan pendukung murah dan bahan kedua untuk pencetakan bagian, dapat menghemat jumlah uang yang signifikan bagi mereka yang menggunakan proses SLS.
 
Perkembangan lain yang dapat menilang kembali pencetakan 3D SLS berasal dari EOS. Pada Formnext 2018, EOS memperkenalkan sistem LaserProFusion yang akan datang yang berjanji untuk membuat produksi polimer cetak 3D 10 kali lebih cepat. Untuk mencapai prestasi ini, perusahaan menghabiskan lebih dari 8 tahun untuk menilang kembali teknologi laser yang digunakan dalam proses.

 
Sementara mesin SLS saat ini menggunakan satu, atau beberapa, laser CO₂, sistem LaserProFusion akan mampu menggunakan hingga satu juta laser dioda. Ini akan memungkinkan untuk menciptakan bagian, tidak hanya dengan resolusi tinggi, tetapi juga pada kecepatan pencetakan yang jauh lebih besar, potensial bersaing dengan injeksi cetak.
 
Teknologi ini dijadwalkan untuk rilis komersial dalam beberapa tahun mendatang.
 

Pertumbuhan cepat HP Multi Jet Fusion

 
MJF memasuki pasar pada 2016, ketika HP secara publik mengumumkan geraknya ke dalam cetak 3D dan meluncurkan printer 3D polimer pertamanya. Sejak saat itu, MJF telah menjadi salah satu proses cetak 3D polimer yang tumbuh paling cepat. Lebih dari 10 juta bagian dikatakan telah diproduksi menggunakan printer 3D MJF HP pada 2018.
 
MJF, yang termasuk dalam keluarga powder bed fusion seperti SLS, memiliki keuntungan ketika datang ke akurasi dimensi dan properti bahan, sehingga memungkinkan pencetakan bagian toleransi tinggi yang unggul baik dalam kekuatan maupun fleksibilitas.
 
HP berkomitmen untuk maju teknologi MJF . Tahun lalu, ia meluncurkan Seri Jet Fusion 5200. Seri Baru ini memperluas portofolio MJF yang ada HP, yang juga mencakup Seri Jet Fusion 300/500 untuk prototipe fungsional dan Seri Jet Fusion 4200 untuk run pendek dan produksi. Seri printer 3D baru menambahkan ke portofolio, menawarkan solusi untuk produksi volume.

 
Di antara fitur terpenting dari Seri 5200 adalah daya lampu yang ditingkatkan di dalam printer 3D 5200. Ini memungkinkan sistem baru untuk mencairkan bubuk dalam satu lulus, alih-alih mode dua lulus pada sistem sebelumnya. Akibatnya, sistem memiliki peningkatan produktivitas sebesar 40 persen dan membuka kemungkinan untuk pencetakan 3D bahan suhu tinggi.
 

Printer 3D desktop profesional

Pasar cetak 3D desktop adalah salah satu segmen termuda dalam sektor perangkat keras. Munculnya dapat ditelusuri kembali ke awal ‘gerakan maker’, pada akhir 2000-an. Gerakan ini membawa revolusi cetak 3D konsumen, yang, namun, cepat runtuh karena kurangnya permintaan di pasar konsumen.
 
Runtuhnya hype di sekitar cetak 3D konsumen memaksa banyak perusahaan printer 3D desktop keluar dari bisnis. Namun, beberapa telah bertahan dengan beralih dari konsumen ke pasar profesional dan enterprise.
 
Peralihan ini juga telah mengungkapkan kebutuhan yang berkembang untuk sistem industri yang lebih kecil dan sebagian kecil dari biaya konterparte yang lebih besar.
 
Mengalihkan fokus pada pengguna profesional, mengharuskan vendor printer 3D desktop untuk menyegarkan solusi mereka. Ini mengakibatkan perkenalan fitur industri yang sebelumnya hanya ditemukan di printer 3D high-end. Misalnya, tempat tidur yang dipanaskan, enclosure, dan dual extruder telah menjadi elemen yang diperlukan dari printer 3D desktop FFF, yang menargetkan aplikasi profesional. Secara umum, perusahaan telah mencoba membuat sistem lebih produktif dan andal sambil mempertahankan format yang kompak.
 
Mempertimbangkan desktop SLA, Formlabs tetap salah satu perusahaan terkemuka di sektor ini. Ia mengklaim menjadi penjual printer 3D desktop SLA terbesar di dunia, dengan lebih dari 40.000 sistem yang terjual.

 
Pada 2019, Formlabs memperkenalkan teknologi baru, yang disebut Low Force Stereolithography (LFS). Proses LFS menawarkan detail dan finishing permukaan yang ditingkatkan, berkat tanki fleksibel yang dikatakan mengurangi gaya pada bagian saat pencetakan.
 
Dibangun pada teknologi LFS yang canggih, printer 3D Form 3 dan Form 3L baru Formlabs membantu menembus kesenjangan antara desktop dan printer 3D kelas industri.
 

Printer 3D keramik

Pada 2020, cetak 3D keramik belum terpadu sebagaimana teknologi cetak 3D polimer dan logam. Teknologi ini masih dalam tahap awal pengembangan, meskipun diperkirakan akan mencapai kematangan dalam waktu 5 hingga 6 tahun mendatang.
 
Karena kekurangan teknologi, hanya sedikit vendor yang menawarkan sistem untuk cetak 3D keramik. Di antaranya adalah 3D Systems, ExOne, Prodways, Lithoz, 3DCeram dan XJet.
 
Satu perkembangan yang bisa sangat transformatif untuk cetak 3D keramik, adalah perkenalan Teknologi Nanoparticle Jetting (NPJ) XJet.

 
Diperkenalkan pada 2016, NPJ adalah jenis penjetakan di mana nanopartikel bahan (bisa keramik atau logam) tersuspensi dalam formulasi cair. Kemudian ribuan nozzle dalam sistem XJet mencetak jutaan titik ultrafine dari suspensi cair ini, baik bahan pembangun maupun bahan pendukung.
 
Printer XJet mempertahankan suhu tinggi di dalam (hingga 300°C) selama proses pencetakan. Ini membantu membakar cair saat ditumpahkan, menghasilkan bagian padat. Bagian dari printer, namun, tetap dalam kondisi hijau dan memerlukan sintering selanjutnya untuk menyelesaikan pepejalan.
 
Cetak 3D inkjet dikenal karena akurasinya dan kemampuan untuk mencapai tingkat detail yang tinggi. Ini berarti sistem XJet potensial mampu menciptakan bagian jadi dengan hampir semua geometri, termasuk yang memiliki lubang kecil, dinding tipis, busur yang menantang, dan tepi tajam.
 
Aplikasi seperti komponen untuk perawatan payudara baru dan antena cetak 3D telah menunjukkan kesesuaian printer 3D XJet untuk aplikasi industri.
 
Meskipun kemajuan terbaru, masih ada jalan panjang yang harus ditempuh untuk cetak 3D keramik. Namun, seiring dengan meningkatnya permintaan akan bagian keramik cetak 3D, cetak 3D keramik pada akhirnya akan menjadi bagian yang penting dan menguntungkan dari industri manufaktur.
 

Printer 3D elektronik

Seperti pasar keramik, pasar cetak 3D untuk elektronik masih relatif muda tetapi adalah salah satu yang menjanjikan. Saat ini, hanya beberapa perusahaan yang menyediakan perangkat keras untuk cetak 3D elektronik, dengan Nano Dimension dan Optomec memimpin gelombang.
 
Teknologi di balik sistem Nano Dimension dan Optomec sangat berbeda tetapi menawarkan kesempatan yang sama menarik untuk prototipe dan produksi langsung komponen elektronik, seperti antena, Printed Circuit Boards (PCB), kapasitor dan sensor.
 
Satu perkembangan yang telah menghasilkan banyak perhatian akhir-akhir ini, melibatkan perkenalan DragonFly Lights-Out Digital Manufacturing (LDM).

 
Sistem ini dibangun pada sistem DragonFly Pro Nano Dimension, yang diluncurkan pada 2017, untuk memungkinkan insinyur dan desainer untuk segera memprototipe komponen elektronik. LDM dikatakan mendorong kemampuan ini di luar prototipe, untuk menyampaikan produksi in-house, sepanjang hari untuk run kecil dari batch kecil bagian.
 
Seperti versi sebelumnya dari sistem cetak 3D Nano Dimension, sistem ini bekerja dengan co-depositing bahan konduktif dan insulatif pada substrat PCB. Yang berbeda, namun, adalah produktivitas mesin, yang meningkat lebih dari 40 persen, dibandingkan DragonFly Pro.
 
Kemajuan seperti ini menginspirasi, karena membantu mendorong batas untuk cetak 3D elektronik, di luar prototipe. Sementara masih banyak yang harus dilakukan, tidak hanya dalam hal perangkat keras tetapi juga bahan dan perangkat lunak, ini pasti membentuk fondasi untuk cetak 3D elektronik mencapai kematangan.
 

Perangkat keras cetak 3D: Mencapai keandalan yang optimal

Sektor perangkat keras cetak 3D berevolusi dengan cepat, karena perusahaan terus-menerus meningkatkan sistem yang tersedia dan mengembangkan solusi perangkat keras yang sepenuhnya baru.
 
Itu dikatakan, biaya peralatan tetap menjadi salah satu penangguh terbesar bagi investasi dalam AM. Menurut EY Global 3D Printing Report 2019, 87 persen perusahaan melihat harga sistem yang tinggi sebagai hambatan kritis bagi adopsi cetak 3D. Ini berarti bahwa menurunkan biaya peralatan AM akan menjadi kunci untuk memperluas penggunaan teknologi.
 
Industri cetak 3D sedang menyelesaikan masalah ini dengan memperkenalkan printer 3D desktop yang lebih dapat diakses dan mesin AM logam kompakt.
 
Sementara itu, jelas bahwa industri perangkat keras cetak 3D telah terpengaruh oleh wabah pandemi, dengan pengiriman yang mengalami penurunan yang tidak mengejutkan. Perusahaan riset pasar, CONTEXT, menunjukkan bahwa pendapatan perangkat keras di pasar printer 3D secara keseluruhan menurun sebesar -27 persen dari angka tahun lalu . Hampir semua perusahaan printer industri top 20 Barat mengalami penurunan yang signifikan dalam jumlah printer 3D yang dikirim tahun demi tahun.
 
Itu dikatakan, vendor cetak 3D telah melaporkan minat yang kembali terhadap teknologi selama Q3 – dari sektor baru serta pasar yang dikenal. Menurut CONTEXT, mereka berharap bahwa minat ini akan berubah menjadi pesanan Q4.
 
Secara keseluruhan, permintaan akan sistem industri kelas atas yang lebih canggih akan terus mendorong evolusi perangkat keras AM. Dalam lima tahun ke depan, kami mengasumsikan bahwa perangkat keras cetak 3D akan mencapai keandalan yang jauh lebih besar, berkat solusi pemantauan in-proses dan integrasi yang lebih erat dengan perangkat lunak.