Cómo evolucionará el mercado de hardware de impresión 3D en 2020

A principios de este año, AMFG publicó su segundo Informe Panorama de fabricación aditiva 2020 , analizando los actores clave del mercado y las principales tendencias que dan forma a la industria. Hoy, lanzamos una serie de artículos, profundizando en cada segmento del ecosistema de fabricación aditiva (AM), comenzando con el hardware.

En 2020, los fabricantes de hardware representan más de la mitad del panorama de AM, y un gran número de ellos se unió a la industria durante la última década.

Con la afluencia de nuevas empresas, los últimos años vieron una rápida evolución de las impresoras 3D, ya que son cada vez más rápidas, más fiables y con capacidad de producción.

A continuación, seguimos algunos de los desarrollos y tendencias más destacados que dan forma al mercado de hardware de impresión 3D.

Eche un vistazo a los otros artículos cubiertos en esta serie:

La evolución del mercado de materiales de impresión 3D:tendencias y oportunidades

Software de impresión 3D:Lograr una verdadera producción digital

Posprocesamiento para impresión 3D industrial:tendencias clave que debe conocer

Hardware de impresión 3D de metal

Podría decirse que el mercado de hardware metálico es uno de los segmentos de impresión 3D de más rápido crecimiento. La firma de investigación CONTEXT estima que los envíos de impresoras 3D de metal experimentarán tasas de crecimiento interanual del volumen unitario de más del 49 por ciento.

El segmento de hardware de metal AM también está configurado para crear una oportunidad de ingresos de casi $ 4 mil millones, según un informe reciente de la firma analista de la industria, SmarTech Analysis.

En 2020, el El mercado de la impresión 3D de metal es extremadamente diverso, con hasta 18 tecnologías diferentes que lo configuran, según informa AMPOWER.

Entre estas tecnologías, la familia Powder Bed Fusion (PBF) juega el papel más importante en AM de metal, que comprende el 80 por ciento de todas las instalaciones de sistemas de AM de metal en todo el mundo. La familia PBF abarca tecnologías basadas en láser y haces de electrones.

El mercado de hardware de PBF se divide entre unas pocas empresas establecidas, incluidas EOS, Renishaw, 3D Systems, SLM Solutions, Trumpf y GE.

GE, en particular, se destaca por su diversificación única de ofertas en el mercado AM de metales. Además de proporcionar impresoras 3D Concept Laser basadas en láser, GE es también una de las pocas empresas que ofrece equipos de fusión por haz de electrones (EBM) fabricados por Arcam. Además, la compañía también está desarrollando impresión 3D por inyección de aglutinante metálico, que ya fue adoptada por algunos de los primeros usuarios.

Con el enfoque de la impresión 3D en metal cambiando hacia aplicaciones de producción, muchos actores en este campo han estado evolucionando sus sistemas para satisfacer la demanda de mayor velocidad y confiabilidad.

Uno de los temas comunes en esta carrera es la introducción de sistemas multiláser.

El uso de varios láseres (generalmente 2 o 4) puede acelerar el proceso de impresión multiplicándolo hasta cuatro veces. Además, los sistemas multiláser son más productivos, lo que ayuda a reducir el costo de la pieza y / o producir más piezas en un período de tiempo más corto. También se afirma que las máquinas multiláser pueden permitir la impresión de varias piezas a la vez.

Entre los fabricantes de impresoras 3D que ofrecen estos sistemas se encuentran EOS, Concept Laser (GE), SLM Solutions, Renishaw y Additive Industries.

Fuera de los actores establecidos, el mercado de PBF vio cómo aumentaba el número de recién llegados, cada uno con su versión única de la tecnología.

Un ejemplo incluye a VELO3D, que ha desarrollado un sistema que puede imprimir con casi cero soportes, gracias al avanzado mecanismo de repintado y la estrecha integración entre hardware y software.

Aurora Labs es otro cambio de juego potencial, que ofrece un sistema de metal que puede imprimir múltiples capas de polvo, simultáneamente, en una sola pasada. Básicamente, esto equivale a una mejora sustancial en la velocidad de impresión. Recientemente, la compañía informó que su impresora 3D PMP1 puede alcanzar una velocidad de impresión de 350 kg / día.

El auge de las tecnologías de inyección de aglomerantes metálicos

Otra tendencia notable es un nuevo enfoque en el chorro de aglomerante metálico. Si bien la tecnología ha existido por un tiempo, solo recientemente ha sido reconocida como un método viable para aplicaciones de gran volumen. Por un lado, los sistemas de inyección de aglutinante de metal suelen ser más baratos y rápidos que los sistemas de PBF.

ExOne, el primer fabricante de sistemas de inyección de aglutinantes de metal, ahora tiene que competir con varios recién llegados como Digital Metal, Desktop Metal y HP.

Desktop Metal y HP, en particular, tienen una estrategia agresiva para hacer de la inyección de aglutinante un método que puede competir con la fabricación tradicional para ciertas aplicaciones. Para lograr esto, Desktop Metal, por ejemplo, ha desarrollado un sistema bidireccional (imprime en dos direcciones), que permite la impresión de alta resolución de hasta 12.000 cm3 / h. Esto se traduce en más de 60 kg de piezas metálicas por hora.

HP, por su parte, ha desarrollado un innovador aglutinante para hacer que el proceso de sinterización, que se realiza cuando se imprimen las piezas, sea más rápido y económico.

'Con metal moldeo por inyección, por lo general, tiene más del 10% en peso de aglutinante que debe quemarse. En nuestro caso, tenemos menos del 1%, que en un orden de magnitud es menor, lo que hace que la sinterización sea más rápida, de menor costo y mucho más simple '', dice Tim Weber, Director Global de Metales de HP, en una entrevista con AMFG.

La inyección de aglutinantes metálicos tiene el potencial de desbloquear las aplicaciones, actualmente inviables con otras tecnologías de impresión 3D de metales, particularmente en industrias de alto volumen como la automotriz. Esto significa que la evolución en este sector continuará, convirtiéndolo en el uno para vigilar.

Impresoras 3D compactas de metal:un nuevo segmento lleno de crecimiento

Si bien los sistemas de inyección de aglutinantes metálicos y PBF están diseñados para satisfacer las necesidades de producción, está surgiendo otro sector de impresoras 3D compactas de metal para hacer que la creación de prototipos de piezas metálicas sea más barata y sencilla. Un informe reciente de SmarTech Analysis predice que las ventas de impresoras industriales compactas de metal superarán los mil millones de dólares en 2027.

Markforged y Desktop Metal son actualmente las dos empresas más grandes que desarrollan impresoras 3D compactas de metal.

Tanto Metal X de Markforged como Desktop Metal's Studio System son impresoras 3D basadas en extrusión que utilizan polvos metálicos encapsulados en plástico para crear piezas verdes, que luego se sinterizan en un horno. Este enfoque lo convierte en una opción mucho más asequible en comparación con las impresoras 3D de metal tradicionalmente más caras. Esto se debe en gran parte a los menores costos operativos, posibilitados por materiales de moldeo por inyección de metal más baratos.

La asequibilidad y la configuración más fácil de los sistemas compactos de metal AM están claramente resonando en el mercado. En el primer trimestre de 2019, Markforged y Desktop Metal ocuparon el centro del escenario en términos de envío de impresoras 3D, y Desktop Metal envió la mayor cantidad de impresoras 3D de metal durante el período.

Esperamos que este segmento de impresión 3D de metal continúe creciendo, ya que las impresoras 3D compactas pueden acceder a un mercado completamente nuevo de desarrollo de productos y prototipos de metal asequibles. Esto también significa que los clientes industriales tienen ahora más opciones que nunca para ayudar en su exploración de metal AM.

Aumento de la fiabilidad de la impresión 3D en metal

Para avanzar aún más en las impresoras 3D de metal, las empresas deben introducir un mayor nivel de repetibilidad en el proceso. La solución clave para esto radica en alimentar impresoras 3D con sensores y visión artificial para permitir el monitoreo en proceso.

Los sensores y las cámaras, colocados dentro de una impresora 3D, se pueden usar para medir múltiples aspectos de una construcción en tiempo real, lo que ayuda a documentar el proceso de construcción y garantiza que se cumplan los requisitos. Los datos obtenidos de los sensores se pueden retroalimentar a un software especializado, que analizará los datos y luego proporcionará retroalimentación sobre cómo se puede mejorar el proceso.

Esta solución se conoce como un sistema de control de circuito cerrado , y se está convirtiendo en un requisito esencial para las impresoras 3D de metal.

Mantener el control sobre el proceso de construcción, a través del sistema de control de circuito cerrado, permite a los fabricantes lograr geometrías, acabados superficiales y propiedades del material consistentes que sustentan la calidad.

Sin embargo, el control de calidad en proceso, habilitado por un sistema de circuito cerrado, es todavía relativamente nuevo en las tecnologías de AM y presenta una barrera para que los fabricantes lo implementen. A partir de 2019, solo un pequeño porcentaje de las impresoras 3D, disponibles en el mercado, están equipadas con unidades de control de circuito cerrado.

En el futuro, anticipamos que todas las impresoras 3D de metal estarán equipadas con el sistema de control de circuito cerrado, que aumentará significativamente la repetibilidad del proceso, al reducir el riesgo de fallas en la construcción.

Impresoras 3D de polímeros

Si bien el hardware de impresión 3D de metal está creciendo rápidamente, el hardware de polímero sigue siendo el segmento más grande en términos de sistemas en uso. El 72% de las empresas encuestadas para el Global 3D Printing Report 2019 de EY están usando sistemas de polímero AM, en comparación con el 49 por ciento que usa sistemas metálicos.

Un flujo de trabajo menos complejo y una mayor asequibilidad son los dos factores clave para elegir impresoras 3D de polímero en lugar de impresoras 3D de metal.

Similar al mercado de la impresión 3D de metal, el mercado de polímeros está dividido por una serie de tecnologías, que incluyen la fabricación de filamentos fundidos (FFF), la estereolitografía (SLA) / procesamiento de luz digital (DLP), la sinterización selectiva por láser (SLS) y Multi Jet Fusion (MJF), con muchas tecnologías nuevas esperando su comercialización en los próximos años.

Cada una de estas tecnologías está experimentando una evolución, ya que las empresas tienen como objetivo desarrollar soluciones confiables y profesionales, tanto para la producción como para la creación de prototipos.

Quizás los desarrollos más impresionantes están teniendo lugar en el segmento de hardware SLA / DLP. Estas tecnologías se están convirtiendo en verdaderas soluciones de producción, especialmente para industrias como la odontología y los productos de consumo. Por ejemplo, las impresoras 3D SLA se utilizan para producir la mayoría de moldes para alineadores transparentes dentales, produciendo cientos de miles de dispositivos por año.

Sin embargo, la tecnología aún necesita madurar para ir más allá de los moldes y permitir la producción directa de tales dispositivos.

Cuando se trata del hardware con la base de instalación más grande , Las impresoras 3D FFF se mantienen en la cima. Esto se puede explicar por la popularidad de las impresoras 3D FDM de escritorio accesibles de compañías como Ultimaker y Makerbot.

Desarrollos interesantes en impresoras 3D SLS

Pasando a las impresoras 3D SLS, este sector también ha experimentado algunos desarrollos notables. Un ejemplo es el de Aerosint, una empresa belga, que está trabajando en un sistema SLS que podrá imprimir con dos polvos diferentes. Esto permitirá que la máquina utilice un polvo como material de soporte económico.

Normalmente, el polvo de soporte sin fundir en una máquina SLS es el mismo material que se usa para imprimir una pieza y tiende a ser caro. La introducción de una máquina que pueda utilizar material de soporte económico y un segundo material para la impresión de piezas podría ahorrar una cantidad significativa de dinero a quienes utilicen procesos SLS.

Otro desarrollo que puede reinventar la impresión 3D SLS proviene de EOS. En Formnext 2018, EOS estrenó un próximo sistema LaserProFusion que promete hacer que la producción de polímeros 3D sea 10 veces más rápida. Para lograr esta hazaña, la empresa dedicó más de 8 años a reinventar la tecnología láser utilizada en el proceso.

Si bien las máquinas SLS actuales usan uno o algunos láseres de CO₂, el sistema LaserProFusion podrá usar hasta un millón de láseres de diodo. Esto le permitirá crear piezas, no solo con alta resolución, sino también a una velocidad de impresión mucho mayor, rivalizando potencialmente con el moldeo por inyección.

La tecnología está programada para su lanzamiento comercial en los próximos años.

El rápido crecimiento de HP Multi Jet Fusion

MJF ingresó al mercado en 2016, cuando HP dio a conocer públicamente su paso a la impresión 3D y lanzó su primera impresora 3D de polímeros. Desde entonces, MJF se ha convertido en uno de los procesos de impresión 3D de polímeros de más rápido crecimiento. Se dice que se han producido más de 10 millones de piezas con las impresoras 3D MJF de HP en 2018.

MJF, que pertenece a una familia de fusión en lecho de polvo como SLS, tiene ventajas en cuanto a precisión dimensional y material. propiedades, lo que permite imprimir piezas de alta tolerancia que son superiores tanto en resistencia como en flexibilidad.

HP está comprometido con el avance de la tecnología MJF. El año pasado, lanzó un Jet Fusion 5200 Series. Esta nueva serie amplía la cartera MJF existente de HP, que también incluye la serie Jet Fusion 300/500 para la creación de prototipos funcionales y la serie Jet Fusion 4200 para tiradas cortas y producción. La nueva serie de impresoras 3D se suma a la cartera y ofrece una solución para la producción en volumen.

Entre las características más notables de la Serie 5200 se encuentra la potencia mejorada de las lámparas dentro de las impresoras 3D 5200. Esto permite que el nuevo sistema fusione polvo en una sola pasada, a diferencia del modo de dos pasadas de los sistemas anteriores. Como resultado, el sistema tiene una mejora del 40 por ciento en la productividad y abre posibilidades para la impresión 3D de materiales de alta temperatura.

Impresoras 3D de escritorio profesionales

El mercado de la impresión 3D de escritorio es uno de los más jóvenes dentro del sector del hardware. Su aparición se remonta al comienzo del "movimiento de los creadores", a fines de la década de 2000. El movimiento provocó la revolución de la impresión 3D para el consumidor, que, sin embargo, colapsó rápidamente debido a la falta de demanda en el mercado de consumo.

La explosión de la publicidad en torno a la impresión 3D de consumo obligó a muchas empresas de impresoras 3D de escritorio a la quiebra. Sin embargo, algunos han sobrevivido mediante la transición del mercado de consumidores al mercado profesional y empresarial.

Esto permitió a proveedores como Ultimaker, MakerBot y Formlabs moverse, crecer y prosperar.

Este cambio también ha revelado una creciente necesidad de sistemas industriales que sean más pequeños y una fracción del costo de sus contrapartes más grandes.

Cambiando el enfoque hacia los usuarios profesionales, requirió que los proveedores de impresoras 3D de escritorio renovaran sus soluciones. Esto resultó en la introducción de características industriales que antes solo se encontraban en impresoras 3D de alta gama. Por ejemplo, una cama con calefacción, un recinto y una extrusora dual se han convertido en los elementos necesarios de las impresoras 3D de escritorio FFF, dirigidas a aplicaciones profesionales. Generalmente, las empresas han intentado hacer que los sistemas sean más productivos y confiables manteniendo un formato compacto.

Considerando el SLA de escritorio, Formlabs sigue siendo una de las empresas líderes en este sector. Afirma ser el mayor vendedor mundial de impresoras 3D SLA de escritorio, con más de 40.000 sistemas vendidos.

En 2019, Formlabs introdujo una nueva tecnología, llamada estereolitografía de fuerza baja (LFS). El proceso LFS ofrece detalles mejorados y acabado superficial, gracias a su tanque flexible que se dice que reduce las fuerzas en las piezas durante la impresión.

Construidas sobre la tecnología LFS avanzada, las nuevas impresoras 3D Form 3 y Form 3L de Formlabs están ayudando a cerrar la brecha entre la impresión 3D de escritorio y de grado industrial.

Impresoras 3D de cerámica

En 2020, la impresión 3D de cerámica no está tan bien establecida como las tecnologías de impresión 3D de polímeros y metales. La tecnología aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo, aunque se prevé que alcance la madurez en los próximos 5 a 6 años.

Debido a la novedad de la tecnología, hay un puñado de proveedores que ofrecen sistemas para la impresión 3D de cerámica. Entre ellos se encuentran 3D Systems, ExOne, Prodways, Lithoz, 3DCeram y XJet.

Un desarrollo que podría ser particularmente transformador para la impresión 3D de cerámica es la introducción de la tecnología de inyección de nanopartículas (NPJ) de XJet.

Debutado en 2016, NPJ es un tipo de inyección de tinta donde las nanopartículas de material (pueden ser cerámicas o metálicas) se suspenden en una formulación líquida. Luego, miles de boquillas en el sistema XJet lanzan millones de gotas ultrafinas de estas suspensiones líquidas, tanto en la construcción como en el material de soporte.

Una impresora XJet mantiene la alta temperatura en el interior (hasta 300 ° C) durante el proceso de impresión. Esto ayuda a quemar el líquido a medida que se deposita, lo que da como resultado una parte sólida. Sin embargo, la parte que sale de la impresora permanece en estado verde y necesita una sinterización posterior para completar la solidificación.

La impresión 3D de inyección de tinta es conocida por su precisión y la capacidad de lograr un alto nivel de detalle. Significa que los sistemas XJet son potencialmente capaces de crear piezas terminadas de casi cualquier geometría, incluidas aquellas con pequeños agujeros, paredes delgadas, arcos desafiantes y bordes afilados.

Aplicaciones como componentes para un nuevo tratamiento de cáncer de mama y Las antenas impresas en 3D ya han demostrado la idoneidad de las impresoras 3D de XJet para aplicaciones industriales.

A pesar de los avances recientes, todavía queda un largo camino por recorrer en la impresión 3D de cerámica. Sin embargo, a medida que crece la demanda de piezas de cerámica impresas en 3D, la impresión 3D de cerámica se convertirá en última instancia en una sección importante y rentable de la industria manufacturera.

Impresoras 3D electrónicas

Al igual que el mercado de la cerámica, el mercado de la impresión 3D para la electrónica es todavía relativamente joven, pero es muy prometedor. Actualmente, solo unas pocas empresas están proporcionando hardware para la impresión 3D de electrónica, con empresas como Nano Dimension y Optomec a la cabeza.

Las tecnologías detrás de los sistemas Nano Dimension y Optomec son muy diferentes, pero ofrecen una oportunidad igualmente emocionante para la creación de prototipos y la producción directa de componentes electrónicos, como antenas, placas de circuito impreso (PCB), condensadores y sensores.

Un desarrollo que ha generado mucha atención recientemente, involucra la introducción de DragonFly Lights-Out Digital Manufacturing (LDM).

El sistema se basa en el sistema DragonFly Pro de Nano Dimension, que se lanzó en 2017, para permitir a los ingenieros y diseñadores crear rápidamente prototipos de componentes electrónicos. Se dice que el LDM lleva estas capacidades más allá de la creación de prototipos, para ofrecer fabricación interna las 24 horas del día para tiradas cortas de pequeños lotes de piezas.

Al igual que las versiones anteriores de los sistemas de impresión 3D de Nano Dimension, este sistema funciona depositando conjuntamente materiales conductores y aislantes en un sustrato de PCB. Sin embargo, lo que es diferente es la productividad de la máquina, que se incrementó en más del 40 por ciento en comparación con DragonFly Pro.

Avances como este son alentadores, ya que ayudan a impulsar la impresión electrónica en 3D, más allá de la creación de prototipos. Si bien todavía queda mucho por hacer, no solo en términos de hardware, sino también de materiales y software, definitivamente sienta las bases para que la impresión 3D electrónica alcance la madurez.

Hardware de impresión 3D:Lograr la máxima confiabilidad

El sector del hardware de impresión 3D está evolucionando rápidamente, ya que las empresas mejoran constantemente los sistemas disponibles y desarrollan soluciones de hardware completamente nuevas.

Dicho esto, el costo de los equipos sigue siendo uno de los mayores obstáculos para invertir en AM. Según el Global 3D Printing Report 2019 de EY, El 87 por ciento de las empresas ven los altos precios de los sistemas como una barrera crítica para la adopción de la impresión 3D. Esto significa que reducir el costo de los equipos AM será clave para expandir el uso de la tecnología.

La industria de la impresión 3D está resolviendo este problema mediante la introducción de impresoras 3D de escritorio más accesibles y máquinas AM de metal compactas.

Mientras tanto, está claro que la industria del hardware 3D ha sido afectados por el brote de la pandemia, y los envíos experimentaron una caída nada sorprendente. La firma de investigación de mercado CONTEXT indica que los ingresos por hardware en el mercado general de impresoras 3D se redujeron en un 27% con respecto a las cifras del año pasado. Casi todas las 20 principales empresas de impresoras industriales de Occidente experimentaron reducciones interanuales considerables en la cantidad de impresoras 3D enviadas.

Dicho esto, los proveedores de impresión 3D han informado de un renovado interés en la tecnología durante el tercer trimestre, tanto de nuevos sectores como de mercados conocidos. Según CONTEXT, esperan que este interés se convierta en pedidos del cuarto trimestre.

En general, la demanda de sistemas de grado industrial más sofisticados continuará impulsando la evolución del hardware AM. En los próximos cinco años, esperamos que el hardware de impresión 3D alcance una confiabilidad mucho mayor, gracias a las soluciones de monitoreo en proceso y una integración más estrecha con el software.