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Drucktrends in 2020: Was zu erwarten ist – die Top 10 

Der 3D-Druck hat im Jahr 2019 beachtliche Fortschritte erzielt. Viele Meilensteine haben die Branche im Laufe des Jahres geprägt. Mit einer Vielzahl neuer Entwicklungen, Partnerschaften und Anwendungen wächst die Branche weiter und konsolidiert sich fortwährend. 
 
Jetzt wo wir in ein neues Jahr und ein neues Jahrzehnt eingetreten sind, ist es nur natürlich, sich zu fragen, was die Zukunft für die 3D-Druckindustrie bereithält. In diesem Artikel gehen wir auf die 10 wichtigsten 3D-Drucktrends ein, die sich in den nächsten 12 Monaten entwickeln werden. 
 

1. Die 3D-Drucklandschaft wird noch vielfältiger werden

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Die Landschaft der additive Fertigung in 2019 [Bildnachweis: AMFG]

 

Die Vielfalt der 3D-Druckindustrie nimmt weiterhin zu, da immer mehr Akteure in den Markt eintreten. 
 
Ein Beweis für diesen Trend ist die Formnext 2019, die fast die gesamte Branche anzieht. Im Jahr 2019 war die Ausstellung größer als je zu vor: 852 Aussteller zeigten ein Wachstum von 35 Prozent gegenüber dem Vorjahr.
 
Die wachsende Zahl der Aussteller ist ermutigend, da sich die Branche auf einem stetigen Wachstumspfad befindet. Gleichzeitig signalisiert dieses Wachstum, dass immer mehr Unternehmen als Start-up- und Spin-off-Unternehmen mit neuen oder eigenen Technologien auf den Markt kommen.
 
Einige Beispiele für Newcomer mit vielversprechenden Technologien sind das Start-up für den 3D-Silikondruck, Spectroplast; die Entwickler des kostengünstigen Laser Powder Bed Fusion 3D-Druckers One Click Metal; und eine Abspaltung von Stratasys, Evolve Additive Solutions, die einen völlig neuen 3D-Druck entwickelt hat, der auf dem elektrophotographischen Verfahren basiert. 
 
Darüber hinaus wurden in der Landschaft der additiven Fertigung (2019) vom AMFG mehr als 80 Hersteller von 3D-Druckern identifiziert, von denen die meisten in den letzten 5 bis 10 Jahren erschienen sind
 
Wir gehen davon aus, dass diese Zahl im Jahr 2020 erheblich zunehmen wird, was den Wettbewerb stärkt und die Unternehmen dazu bringt, sich weiter auf Innovation und Entwicklung zu konzentrieren.
 

2. Eine breitere Palette anwendungsspezifischer Materialien ist in Sicht 

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Das Chemielabor von Jabil, in dem Materialien entwickelt und getestet werden [Bildnachweis: Jabil]
 

Laut einer aktuellen Umfrage von Jabil sind Materialkosten und Verfügbarkeit zwei der wichtigsten Herausforderungen bei der Einführung des 3D-Drucks für die Produktion. Während die Materialkosten im Jahr 2020 zwar nicht wesentlich sinken werden, werden wir jedoch definitiv mehr Materialien sehen, die für speziell für die industrielle Anwendung entwickelt wurden. 
 
So hat der Fertigungsriese Jabil zu Beginn des Jahres 2019 sein Materialinnovationszentrum eröffnet, um genau dies zu tun. 
 
Das Materialinnovationszentrum ist eine End-to-End-Einrichtung für die Entwicklung, Prüfung und Herstellung von Polymerpulvern und Filamenten für den 3D-Druck. Ziel ist es,  die Anwendungsanforderungen von Jabil oder seinen externen Kunden in druckfähige Materialien umzuwandeln.
 
Im Vergleich zu den Spritzgussmaterialien gibt es auf dem Markt immer noch nicht genügend Optionen für Polymer-3D-Druckmaterialien. Dies bedeutet, dass Entwicklungen wie die von Jabil dazu beitragen werden, Materiallücken zu schließen und eine neue Generation von 3D-Druckanwendungen voranzutreiben.
 
Neben einem erneuten Augenmerk auf die Materialentwicklung werden große Materialunternehmen durch die Erweiterung der AM-Wertschöpfungskette noch stärker in die AM-Industrie einbezogen. 
 
Wir haben im Jahr 2019 Beispiele dafür gesehen, als die Materialhersteller die AM-Dienstleister akquirierten und so neue Geschäftsbereiche für AM schufen.
 
Nach und nach verwandeln sich einige der Materialhersteller wie BASF und GKN Additive zu Lösungsanbietern. Damit sind sie gut positioniert, um stärker auf dem Markt Fuß zu fassen und gleichzeitig die Industrialisierung von AM voranzutreiben. 
 

3. Sie können im Bereich der 3D-Hochtemperatur Polymerdrucker und Materialien mehr Möglichkeiten als bisher erwarten

Im Jahr 2019 verzeichneten Unternehmen wie Roboze, Zortrax und Essentium einen Anstieg von Hochtemperatur-Polymer-3D-Druckern auf dem Markt. Hauptgrund für diesen Anstieg war die wachsende Nachfrage nach Hochleistungsthermoplasten wie PEEK.
 
Diese Thermoplaste haben viele überzeugende Eigenschaften wie Hitze- und Chemikalienbeständigkeit sowie hohe Festigkeit und Haltbarkeit, was sie für viele industrielle Anwendungen sehr gefragt macht. Aufgrund dieser Eigenschaften kann es jedoch schwierig sein, sie zu drucken.
 
Hersteller von 3D-Druckern meistern diese Herausforderung, indem sie ihre Drucker mit einem beheizten Bett und einer Hochtemperaturdüse ausstatten. 
 
Die Anzahl der verfügbaren Lösungen zum Bedrucken von Hochleistungspolymeren bleibt jedoch gering. Da die Nachfrage nach Hochleistungskunststoffen wächst, werden ab 2020 mehr Hochtemperatur-3D-Drucker auf den Markt kommen, wodurch der branchenübergreifende Einsatz des Polymer-3D-Drucks gefördert wird. 
 

4. Der Composite-3D-Druck wird in eine Wachstumsphase eintreten 

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Das Emery ONE eBike, von Arevo entwickelt, beinhaltet einen 3D-gedruckten [Bildnachweis: Arevo]
 

Verbundwerkstoffe sind leichte, kräftige Werkstoffe, die in Branchen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie, Automobilindustrie, Öl und Gasindustrie sowie bei anderen Industriegütern sehr gefragt sind. In Kombination mit dem 3D-Druck kann die Technologie die Kosten für die Herstellung von Verbundwerkstoffen im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Fertigungsmethoden rationalisieren und senken. 
 
Aus diesem Grund glauben wir, dass der Composite-3D-Druck im kommenden Jahr einen starken Wachstumspfad beschreiten wird. 
 
Das Jahr 2019 legte den Grundstein für dieses Wachstum. Zum Beispiel haben Composite-3D-Druckunternehmen wie Fortify und Impossible Objects Millionen von Dollar an Fördermitteln aufgebracht. Dann gab das Technologieunternehmen Arevo die erfolgreiche Anwendung seiner 3D-Verbunddrucktechnologie zur Herstellung von Fahrradrahmen bekannt.
 
Darüber hinaus hat die erste Metall-3D-Druckerei, Desktop Metal, mit der Einführung ihrer 3D- Faser Druckers einen Schritt in den Bereich Verbundwerkstoffe getan.  
 
Schließlich gab es auch viele Partnerschaften zwischen Hardware- und Materialunternehmen, um Verbundwerkstoffe für den 3D-Druck zu entwickeln. 
 
Insgesamt weisen diese Aktivitäten auf ein enormes, aber noch weitgehend ungenutztes Potenzial des 3D-Drucks von Verbundwerkstoffen hin. Wir werden im Jahr 2020 noch größere Anstrengungen beobachten können, um den 3D-Druck von Verbundstoffen voranzutreiben und aus dieses Jahr werden viele Innovationen den Composite-Bereich voranzutreiben. 
 

5. Die Entwicklung der 3D-Drucksoftware wird sich erheblich beschleunigen 

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Simulation aus der ANSYS Additive Suite soft [Bildnachweis: ANSYS] 
 

Bis vor kurzem fehlte im Vergleich zu den Hardware- und Materialsegmenten der Fokus auf die 3D-Drucksoftware. Beim 3D-Druck mussten sich Designer mit einem mühsamen Entwurfsvorbereitungsprozess auseinandersetzen, bei dem die vielen unterschiedlichen Entwurfswerkzeuge einen ineffizienten und komplexen Arbeitsablauf schaffen. 
 
Darüber hinaus muss auch die Simulationssoftware weiterentwickelt werden, um genauere Simulationsergebnisse zu ermöglichen. Schließlich müssen auch die Werkzeuge für die Entwicklung von Additiven intuitiver und benutzerfreundlicher werden.
 
Wir gehen davon aus, dass 2020 das Jahr sein wird, in dem viele der Software-Herausforderungen gelöst werden. Software-Innovationen, insbesondere im Designbereich, werden stärker in den Fokus rücken und einen schnelleren und einfacheren Entwurfsprozess für den 3D-Druck ermöglichen. 
 
Letztendlich wird die Erstellung von Softwarelösungen, die den AM-Anforderungen entsprechen, eine Schlüsselrolle bei der Integration der Technologie in die Produktionsumgebung spielen. 
 

6. MES-Software wird für die Skalierbarkeit unerlässlich werden 

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Beispiel aus dem MES-Produktionsplanungsmodul von AMFG [Bildnachweis: AMFG]
 

Viele Unternehmen streben nun den Aufbau einer AM-Serienfertigungslinie an. Dabei stehen sie jedoch vielen Workflow-Herausforderungen gegenüber. 
 
So müssen beispielsweise  viele der AM-Bediener und Techniker die Arbeitsaufträge noch manuell verwalten, den Build-Status überprüfen und nach dem Drucken viel Zeit damit verbringen, die Teile zu identifizieren. Dies führt zu einer Vielzahl von betrieblichen Engpässen, die die Skalierung und effektive Verwaltung der AM-Produktion zu einer Herausforderung machen. 
 
Wir sehen 2020 als das Jahr an, in dem immer mehr Unternehmen erkennen werden, dass eine durch 3D-Druck skalierbare Produktion ohne ein durchgängiges Managementsystem praktisch unmöglich ist. 
 
Dies erhöht den Bedarf an Workflow-Management-Lösungen – auch als Manufacturing Execution System (MES) -Software bekannt. 
 
MES-Softwarelösungen wurden unter Berücksichtigung von AM-Anforderungen entwickelt und können zum Aufbau eines Ökosystems beitragen, in dem verschiedene Phasen des AM-Workflows miteinander verknüpft werden, um ein optimiertes und digitalisiertes AM-Prozessmanagement zu erreichen.
 
Die Integration der MES-Software in eine 3D-Druckanlage oder Abteilung ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zum 3D-Druck. Die Bedeutung von MES wird mit der Industrialisierung der Technologie immer weiter zunehmen. 
 

7. Die Automatisierung der Nachbearbeitung wird im Mittelpunkt stehen 

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AMT PostPro3D automatisierte Nachbearbeitungsmaschine [Bildnachweis: AMT]
 

Bereits im Jahr 2019 lag ein starkes Augenmerk auf der Bewältigung der Herausforderungen der 3D-Druck Nachbearbeitung, beispielsweise die anfallenden manuellen Prozesse.
 
Ab 2020 wird die Automatisierung der Nachbearbeitung dank einer Reihe innovativer Lösungen, die bereits auf dem Markt erhältlich sind, verstärkt vorangetrieben werden. 
 
Nachbearbeitungsgeräte von Unternehmen wie AMT, DyeMansion und PostProcess Technologies unterstützen bereits viele AM-Benutzer bei der Automatisierung des Entfernens, Reinigens und Einfärbens von 3D-Druckteilen auf Polymerbasis. 
 
Insbesondere AMT arbeitet daran, die für puderbasierte AM-Technologien wie SLS typische Herausforderung des Entpudern zu bewältigen. 
 
Laut Joseph Crabtree, CEO von AMT, gibt es derzeit keine andere Möglichkeit, als dies [das Entpudern] manuell durchzuführen. Sogar herkömmliche Taumellösungen erfordern immer noch viel manuelles Eingreifen. 
 
Das Unternehmen testet derzeit seine Entpuderungslösung, mit der Benutzer das Puderbett automatisch auspacken, das Puder entfernen und die Teile aus den Puderbett-AM-Systemen entfernen können. Die Maschine soll in diesem Jahr als Teil der durchgängigen Nachbearbeitungslösung von AMT auf den Markt gebracht werden.
 
Letztendlich können Hersteller durch das Hinzufügen einer Nachbearbeitungsautomatisierung zu einer 3D-Druckgleichung den 3D-Druck in einen kontinuierlichen Prozess verwandeln, der in einer Massenproduktion viel besser funktioniert.
 

8. Der hochvolumige 3D-Druck rückt näher an die Realität 

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Das Metallbindemittel-Strahlsystem X1 160PRO ™ von ExOne wurde für die Massenproduktion entwickelt. [Bildnachweis: ExOne] 
 

Derzeit wird der 3D-Druck in der Regel als eine Technologie angesehen, die für die Produktion in kleinen bis mittleren Stückzahlen geeignet ist. Dies wird auch im Jahr 2020 der Fall sein, aber wir werden auch mehr Möglichkeiten sehen, mit dem 3D-Druck eine Massenproduktion erzielen zu können. 
 
Eine der Technologien, die diesen Trend vorantreiben werden, ist das Spritzen von Metallbindern. Die Technologie hat die einzigartige Fähigkeit, hohe Druckgeschwindigkeiten zu erreichen und hochpräzise Bauteile unter Verwendung billigerer Metallspritzgussmetalle herzustellen. 
 
Im Jahr 2019 erlebte das Spritzen von Metallbindemitteln eine Renaissance, wobei der Schwerpunkt verstärkt auf der Entwicklung produktionsfähiger Maschinen lag. Im Jahr 2020 werden diese Entwicklungen erste Früchte tragen. 
 
So hat im Jahr 2019 beispielsweise ExOne den neuen 3D-Metalldrucker X1 160PRO ™ für die Massenproduktion vorgestellt, der Ende 2020 im Handel erhältlich sein soll. In ähnlicher Weise veröffentlichte Desktop Metal sein neuestes Shop-System, eine werkstattfreundliche Version seines Produktionssystems. Das Shop-System wird ebenfalls noch in diesem Jahr verfügbar sein.
 
Als Puderanwender von AM verfügt GE über eine Beta-Binder-Spritzmaschine, die für hochvolumige, kostengünstige Teile geeignet ist. Die Maschine läuft bereits in der Fabrik des strategischen Partners von GE, Cummins, einem großen Hersteller von Stromerzeugungsprodukten. 
 
Sprühlösungen für Metallbindemittel könnten neue Wege für den Einsatz des 3D-Drucks in Hochdurchsatzbereichen wie der Automobilindustrie eröffnen. Deshalb arbeitet Volkswagen beispielsweise mit HP als einem frühem Anwender der Metal Jet-Technologie zusammen. 
 
Auch im Polymer-3D-Druck werden Massenproduktionsanwendungen noch weiter verbreitet sein. 
 
Bereits 2019 präsentierte HP eine Anwendung für über eine Million Teile, die von der Dentalfirma Smile Direct Club in 3D gedruckt wurden. In ähnlicher Weise haben die Maschinen von 3D Systems Hunderttausende von Teilen für die Align Technology produziert. Wir gehen davon aus, dass im Jahr 2020 noch viele ähnliche Fälle in anderen Branchen auftauchen werden.
 

9. Daten werden zum Schlüssel zur Verbesserung der Wiederholbarkeit 

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Daten untermauern jede Phase des AM-Workflows [Bildnachweis: AMFG] 
 

Die meisten AM-Technologien erfordern ein umfassendes Build-Setup, um sicherzustellen, dass das Teil den Druckprozess abschließt und nachbearbeitet werden kann. Wie die meisten AM-Benutzer wissen, ist dies manchmal einfacher gesagt als getan, da es nicht selten vorkommt, dass Abweichungen und Inkonsistenzen von Teil zu Teil und von Maschine zu Maschine auftreten. 
 
Eine Möglichkeit besteht darin, so viele Daten wie möglich zu sammeln, um einen Einblick in den 3D-Druckprozess zu erhalten. Im Jahr 2020 wird es ein großes Augenmerk darauf geben, genau das zu tun. 
 
Einige Hardwarehersteller ermöglichen AM-Anwendern diese Datenerfassung bereits, indem sie 3D-Drucksysteme mit Sensoren ausstatten, um die Überwachung und Steuerung im Prozess zu ermöglichen. 
 
Sensoren und Kameras, die in einem 3D-Drucker untergebracht sind, geben die Daten an eine spezielle Software zurück, die in Echtzeit verschiedene Aspekte eines Builds misst und analysiert und dabei hilft, den Build-Prozess zu dokumentieren und sicherzustellen, dass die Anforderungen erfüllt werden. 
 
Auch Lösungen von Drittanbietern tauschen bereits auf dem Markt auf. Erst kürzlich hat Additive Assurance die Beta-Version seiner Qualitätssicherungsplattform für den Metall 3D-Druck herausgebracht.
 
Additive Assurance bietet im Wesentlichen ein Sensoren Paket zur Aufrüstung eines Puder basierten Metallsystems mit Funktionen zur In-Prozess-Überwachung und Qualitätssicherung an. Die Plattform befindet sich derzeit in der Beta-Phase und wird voraussichtlich Ende 2020 vollständig veröffentlicht werden.
 
Das Konzept der Erfassung und Verarbeitung von 3D-Druckdaten steckt jedoch noch in den Kinderschuhen, da bis jetzt nur wenige Lösungen auf dem Markt verfügbar sind. Wir gehen jedoch davon aus, dass im Laufe des Jahres weitere Beispiele für die Integration von Prozesssteuerungsfunktionen in 3D-Druckhardware zu sehen sein werden. 
 
Dies führt zu einer höheren Reproduzierbarkeit der Prozesse und letztendlich zu mehr Vertrauen in den 3D-Druck als produktionsreife Technologie. 
 

10. Zusammenarbeit beschleunigt AM für die Produktion 

Während die 3D-Druckbranche immer reifer wird, müssen auf dem Weg zur AM Produktion jedoch noch viele Herausforderungen bewältigt werden. Eine der effektivsten Möglichkeiten ist die Zusammenarbeit. 
 
Die Industrie, die entsprechenden Regierungsstellen und die Forschungseinrichtungen müssen eng zusammenarbeiten, um die Entwicklung von AM für die breite Anwendung in der Industrie zu ermöglichen. 
 
Die Branche hat in 2019  bereits zahlreiche in hohem Maße sichtbare Kooperationsbemühungen erlebt. Ein Beispiel ist das von 12 Projektpartnern initiierte, aus KMU, großen Unternehmen und Forschungseinrichtungen bestehende und von BMW-koordinierte Projekt “Industrialisierung und Digitalisierung der additiven Fertigung” (IDAM). 
 
Das auf drei Jahre angelegte Projekt soll eine AM-Produktion von mindestens 50.000 Bauteilen pro Jahr in der Produktion von Gleichteilen und mehr als 10.000 Einzel- und Ersatzteilen für die Automobilindustrie ermöglichen. 
 
Wir gehen davon aus, dass sich die Zusammenarbeit im Jahr 2020 noch weiter ausbauen wird. Mehr Materialhersteller, Maschinenbauer und Anwender müssen zusammenarbeiten, um enge Prozessketten und interoperable Workflows zu schaffen, um mit dem 3D-Druck eine höhere Skalierbarkeit und Effizienz zu erzielen. 
 
Die Schaffung eines kollaborativen Ökosystems wird es letztendlich einfacher und schneller machen, AM in größerem Maßstab zu industrialisieren und die Akzeptanz der Technologie auf dem Markt zu erhöhen.
 

Der 3D-Druck im Jahr 2020: Das Augenmerk zielt auf vollständige Industrialisierung 

 
Im Jahr 2020 wird der 3D-Druck seinen Weg in Richtung Industrialisierung fortsetzen, da etablierte Branchenakteure und Newcomer weiterhin in die Technologie investieren und deren Innovation vorantreiben. Die Fortschritte, die den 3D-Druck auf den heutigen Stand gebracht haben, werden sich bis 2020 fortsetzen und zeigen, dass die Technologie ausdauernd und nachhaltig weiterentwickelt wird. 
 
Natürlich muss die Wettbewerbsfähigkeit des 3D-Drucks auch außerhalb seines relativ kleinen Pools an Anwendern und Nischenanwendungen unter Beweis gestellt werden. Gemeinsame Anstrengungen der Industrie werden eine der wichtigsten Triebkräfte sein, um dieses Ziel zu erreichen. 
 
Mit Blick auf das kommende Jahr wird der 3D-Druck seinen stetigen Fortschritt fortsetzen, die bestehenden Herausforderungen bewältigen, neue Anwendungen vorantreiben und seine Reichweite auf neue Horizonte ausweiten.