5 tendencias que darán forma al mercado de materiales de impresión 3D en 2019

En la industria de la impresión 3D que está madurando rápidamente, ¿cuáles son las tendencias que dan forma al mercado de materiales?

Los materiales son uno de los tres pilares clave que sustentan la impresión 3D, junto con el hardware y el software. Según el Informe Wohlers 2019, el segmento de materiales de impresión 3D experimentó un crecimiento récord en 2018 debido al creciente uso de la impresión 3D para la producción en serie.

En 2019, este crecimiento solo continuará, respaldado por una serie de tendencias que analizaremos más de cerca a continuación.

1. La impresión 3D compuesta está despegando

Una de las oportunidades emergentes clave en los materiales de impresión 3D proviene de los compuestos. Un informe de análisis de SmarTech predice que el mercado global de impresión 3D compuesta crecerá a una tasa compuesta anual del 22,3% durante los próximos cinco años. Esto indica una gran oportunidad de generación de valor, una que podría hacer que la impresión 3D compuesta comprenda una parte no insignificante del mercado general de fabricación de compuestos.

En la impresión 3D, los compuestos normalmente comprenden un material polimérico de núcleo, como nailon, y un material de refuerzo, como fibra cortada o continua. El material compuesto ofrece mayor resistencia y rigidez en comparación con los polímeros no reforzados. En algunos casos, incluso puede reemplazar metales como el aluminio.

Estas propiedades mejoradas del material hacen que los compuestos sean materiales codiciados para herramientas y aplicaciones de uso final en una variedad de industrias, como la aeroespacial, automotriz, energética y de petróleo y gas.

Las aplicaciones de uso final de la impresión 3D compuesta

Un gran ejemplo de ello es Shawcor. Gracias a la impresión 3D compuesta, la empresa canadiense de servicios energéticos globales ha ahorrado 1,6 millones de dólares canadienses (aproximadamente 1,2 millones de dólares estadounidenses).

La empresa necesitaba una máquina personalizada para ayudar a transferir almohadillas de cinta grandes que también serían pesado para que una persona lo haga sola. Sin embargo, la empresa se enfrentó a una situación en la que todos salían perdiendo:invertir demasiado tiempo y dinero en construir una máquina personalizada utilizando métodos tradicionales o perder ingresos al no tenerla en absoluto.

Sin embargo, utilizando la impresora 3D compuesta de Markforged, el equipo de Shawcor ha podido crear piezas para crear una máquina de carga personalizada. Alrededor del 50% de las 53 piezas impresas se han reforzado con Kevlar, fibra de vidrio HSHT o fibra de carbono, que se utilizaron para reemplazar piezas de aluminio y chapa metálica.

El cuadro de bicicleta compuesto impreso en 3D de Arevo es otra aplicación interesante de la tecnología. A diferencia de los cuadros compuestos de fabricación tradicional, el cuadro de bicicleta de Arevo se ha impreso en una sola pieza. Gracias a su tecnología robótica compuesta 3D, Arevo es capaz de producir sus cuadros de bicicleta en cuestión de días, a diferencia de los meses de desarrollo necesarios con los métodos tradicionales.

Aplicaciones como estas muestran las capacidades en gran parte sin explotar de la impresión 3D compuesta y el potencial que tiene el sector para un gran crecimiento.

Desarrollo de materiales

Contribuir a impulsar el crecimiento de la impresión 3D compuesta es el desarrollo continuo de materiales. Por ejemplo, Markforged, un pionero de la impresión 3D compuesta, ha presentado recientemente Onyx FR, el primer material compuesto retardante de llama.

El material es nailon reforzado con hebras continuas de fibra de carbono. Pero además, Onyx FR es autoextinguible, lo que significa que puede evitar que se queme en unos pocos segundos.

Markforged dice que Onyx FR abrirá más casos de uso de impresión 3D en las industrias automotriz, aeroespacial y de defensa, ya que el material cumple con estándares más altos de seguridad contra incendios.

Otro desarrollo proviene de Techmer PM. El fabricante de materiales con sede en EE. UU. Ha anunciado recientemente la apertura de una nueva línea de producción de alta capacidad diseñada para producir polímeros reforzados con fibra de carbono. Esta inversión se ha visto impulsada especialmente por la demanda de los fabricantes de impresoras 3D de gran formato.

De manera similar, Arkema ha abierto una planta para fabricar su material Kepstan PEKK. Al observar una “fuerte demanda de materiales compuestos reforzados con fibra de carbono e impresión 3D”, la empresa ha dado un paso claro para respaldarla.

Sin duda, hay mucha actividad en el sector de la impresión 3D compuesta, impulsando tanto la tecnología como los materiales que lo acompañan a nuevas alturas.

2. La producción de materiales está aumentando

Otra tendencia clave dentro del mercado de materiales de impresión 3D se centra en la expansión empresarial. Más empresas están estableciendo I + D, así como instalaciones de producción de materiales, lo que ayuda a promover la industrialización de la tecnología.

Por ejemplo, el mes pasado Amastan Technologies, un productor de materiales con sede en EE. UU., anunció la adquisición de AL Solutions, un productor de materiales refinados de titanio. Este último será rebautizado como Amastan Additive y se convertirá en parte de la planta de polvo metálico AM aún por construir de Amastan.

Gracias a la tecnología de reciclaje patentada de AL Solutions y la tecnología UniMelt ™ basada en plasma de Amastan, la compañía ahora está bien posicionada para convertirse en uno de los actores clave en la producción de polvo de titanio AM.

Jabil es otra empresa que impulsa el desarrollo de materiales AM. Impulsada por la demanda de los clientes, la empresa global de servicios de fabricación lanzó en enero una unidad de negocios separada, Jabil Engineered Materials.

La elección limitada de materiales ha sido un obstáculo importante para la adopción de la impresión 3D, según la empresa. Para superar esto, la nueva unidad se centrará en desarrollar, validar y llevar al mercado materiales de ingeniería para la impresión 3D industrial.

Es importante destacar que Jabil no solo utilizará nuevos materiales internamente, sino que también los proporcionará al mercado abierto, de modo que más empresas puede beneficiarse de una selección de materiales más amplia. Hasta ahora, la compañía ha lanzado PETg, PETg ESD, TPU 90 A y TPU 90 A ESD, pero planea ofrecer más en los próximos meses.

De cara al futuro, esperamos que otros actores de la industria comiencen a aumentar sus capacidades de producción de materiales en un intento por mantenerse al día con la demanda. A medida que se desarrolle esta tendencia, podría traer un tremendo impulso a toda la industria de la impresión 3D.

3. Los materiales abiertos son un concepto en expansión

A pesar del progreso continuo, el desarrollo de material para la impresión 3D sigue siendo más lento de lo que cabría esperar.

Un obstáculo para una mayor diversidad de materiales es la naturaleza patentada de muchos materiales imprimibles en 3D. Muchos fabricantes de impresoras 3D desarrollan sus máquinas para trabajar exclusivamente con los materiales que desarrollan internamente. Esto limita las oportunidades para que sus clientes utilicen materiales de terceros.

Un modelo de materiales patentado generalmente da como resultado precios de material más altos y un ritmo más lento de innovación para nuevas formulaciones de materiales.

Una posible solución para superar estas limitaciones es un modelo de materiales abierto. Este modelo anima a los principales productores de materiales a asociarse con los fabricantes de impresoras 3D y desarrollar nuevos materiales para sus sistemas.

Este enfoque tiene dos beneficios clave. En primer lugar, ayuda a ampliar la elección de materiales para los usuarios finales. En segundo lugar, acelera el proceso de desarrollo de materiales.

Una de las mayores historias de éxito del modelo de materiales abiertos ha sido el programa Material Alliance de Ultimaker. El programa involucra a los fabricantes de materiales que comparten los parámetros de impresión de sus materiales en una base de datos especial, a la que pueden acceder los clientes de Ultimaker. La visión detrás de esto es permitir que los clientes utilicen de manera confiable filamentos de terceros en las impresoras 3D Ultimaker.

Lanzado en abril de 2018, el programa ahora comprende más de 80 empresas, incluidos gigantes como BASF, DSM, Arkema y Jabil.

Por ejemplo, Arkema trajo su filamento basado en PVDF, conocido como FluorX, al programa el mes pasado. El material está diseñado para imprimir piezas de alto rendimiento con una resistencia térmica y química excepcional.

Gracias a la estrategia de Ultimaker, sus clientes ahora tienen acceso a una mayor variedad de materiales con propiedades específicas como impacto y resistencia química, flexibilidad, fuerza y ​​más.

Otras empresas también están adoptando el modelo de materiales abiertos:estas incluyen HP, Origin y Prodways. Incluso Stratasys, que ha estado desarrollando sus materiales internamente, ha admitido que la empresa necesita "asociarse con otros para desarrollar materiales de más alto rendimiento".

En última instancia, veremos que cada vez más empresas adopten la estrategia en los próximos años, lo que estimulará un desarrollo de material aún más dinámico para la impresión 3D.

4. Los costos de materiales están bajando (lentamente)

El alto costo de los materiales de impresión 3D siempre ha sido un punto de fricción. Un estudio sugiere que el costo de la materia prima de los materiales de impresión 3D puede ser hasta diez veces mayor que el de los materiales de fabricación tradicionales.

Naturalmente, los costos exactos dependen de una serie de factores, como el proceso de impresión 3D y los materiales utilizados durante la producción.

Por ejemplo, el precio de las resinas para la impresión 3D SLA típicamente oscila entre $ 50 por litro para resinas estándar y $ 500 por litro para resinas profesionales. Sin embargo, según un fabricante de resinas, las resinas podrían costar tan solo entre $ 10 y $ 20 por litro.

Hay varias razones por las que los costos de materiales para la impresión 3D siguen siendo altos. Una es que el volumen total de envíos de material es relativamente bajo.

Otra es que la mayoría de los materiales de impresión 3D disponibles son propietarios, lo que requiere que los usuarios los compren directamente de los propios fabricantes de impresoras 3D. Esto crea un monopolio en el mercado de materiales de impresión 3D, y los fabricantes aumentan el costo.

Sin embargo, hay algunos desarrollos clave que podrían ayudar a reducir los precios de los materiales. Uno es el creciente uso de la impresión 3D para la producción en serie. A medida que aumentan los volúmenes de producción de impresión 3D, esto debería conducir a una reducción de los costes de material.

Un ejemplo de esto es el carbono. El año pasado, el fabricante de impresoras 3D redujo el precio de tres resinas diferentes a $ 50 por litro, frente a los $ 300 por litro en 2016. Carbon dice que la clave para la reducción de precios radica en las aplicaciones de alto volumen de sus impresoras 3D.

Con el ejemplo de Carbon en mente, creemos que existe la posibilidad de que otros fabricantes sigan un camino similar a medida que se expande su volumen y alcance de clientes.

El auge del modelo de materiales abiertos también podría ayudar a reducir los costos de materiales, ya que abre el mercado a muchos más proveedores de materiales. Cuantos más actores del mercado haya, mayor será la competencia, lo que podría ayudar a reducir los precios.

5. Las empresas químicas globales se están involucrando más

Muchas grandes empresas químicas se han subido al tren de la impresión 3D durante el último año, habiendo sido testigos del crecimiento constante de la industria. Ya se han firmado innumerables asociaciones, así como una inversión renovada en nuevas instalaciones y lanzamientos de materiales.

Por ejemplo, Stratasys y Solvay han anunciado una hoja de ruta de materiales conjunta en mayo de este año. Esta hoja de ruta verá a Solvay desarrollando materiales de alto rendimiento como PEEK para impresoras 3D Stratasys. Gracias a esta asociación, las dos empresas ya se están preparando para comercializar un filamento preparado para AM basado en el polímero de polifenilsulfona (PPSU) Radel de Solvay.

Por el lado de la inversión, el desarrollador de materiales con sede en el Reino Unido Victrex planea invertir millones de euros en el desarrollador holandés de software e impresoras 3D Bond 3D. La inversión sustancial ayudará a la empresa a acelerar la comercialización de las piezas PAEK y PEEK impresas en 3D.

Además, el gigante químico BASF ha firmado numerosas asociaciones dentro de la industria de la impresión 3D. El más reciente ha sido el inicio de la impresión 3D, Impossible Objects. A través de esta asociación, BASF proporcionará a Impossible Objects su material Poliamida 6. Al combinarlo con la nueva tecnología compuesta de Impossible Objects, las empresas buscan ampliar la gama de aplicaciones de producción, especialmente en los sectores automotriz e industrial.

Estos ejemplos muestran una fuerte tendencia dentro de la industria de la impresión 3D:Las grandes empresas de materiales se están volviendo cada vez más serias con la impresión 3D como solución industrial, otro indicador más del potencial general de esta industria en los próximos años.

Hacia un futuro próspero

El mercado de materiales sigue siendo una parte vital de la industria de la impresión 3D y, como hemos visto, algunas tendencias clave están ayudando a dar forma al futuro del mercado.

Quizás la tendencia que tendrá la mayor El impacto es el aumento de la actividad dentro del desarrollo de materiales. En muchos sentidos, este aumento en la actividad está siendo impulsado por la demanda del mercado, y los clientes exigen más materiales, particularmente para aplicaciones de producción.

Para capitalizar esta creciente demanda, las empresas químicas continúan fortaleciendo su posición en el mercado a través de una mayor I + D, inversiones y asociaciones. De manera similar, los fabricantes de máquinas también tienen como objetivo aprovechar el poder de la colaboración.

A medida que la selección de materiales se expande y los costos comienzan a bajar, esto solo puede servir para ampliar las aplicaciones actuales de la impresión 3D y promover la adopción de la tecnología en todas las industrias.