Hat der 3D Druck den Höchststand der Produktivität Erreicht??
01 Juni 2021
Im Gartner Hype Cycle, einem Diagramm, das den Reifegrad von Technologien misst, stellt das Plateau der Produktivität ein Stadium dar, in dem die Mainstream-Akzeptanz beginnt, sich durchzusetzen. Aber wo befindet der 3D Druck in diesem Diagramm? Mit anderen Worten, hat er seine Reife bereits erreicht?
Die 3D Druck Branche ist riesig: Es gibt mehrere Segmente mit unterschiedlichen Reifegraden. Dennoch lassen sich einige Trends erkennen, die darauf hindeuten, dass der 3D Druck erwachsen wird.
Im Folgenden werfen wir einen Blick darauf und gehen auf die drei Bereiche des 3D Drucks ein, die Anzeichen für eine frühe Annahme im Mainstream aufweisen.
Die stetig reifende 3D Druckindustrie
Mehrere Trends und Entwicklungen zeigen, dass die Branche auf dem Weg der Reifung ist. Im Folgenden analysieren wir den Anstieg der M&A Aktivitäten, die zunehmende Nutzung des 3D Drucks durch technologische Fortschritte und den Wunsch nach mehr Integration und Interoperabilität.
Die Welle der Verfestigung
Die meisten neuen Industrien sind fragmentiert und verfestigen sich, wenn sie reifen. Gemäß dem Consolidation Curve Framework folgen alle Industrien einem ähnlichen Lebenszyklus, der aus den folgenden 4Stufen besteht: Öffnung, Skalierung, Fokus sowie Balance & Allianz.
Anhand dieses Rahmens und der Geschichte des 3D Drucks können wir abschätzen, wo die Branche auf der Verfestigungskurve steht.
In den 1980er Jahren erstmals erschienen, durchlief der 3D Druck bis Ende der 2000er Jahre eine Öffnungsphase, in der Unternehmen wie Stratasys, 3D System und Materialise eine globale Präsenz schufen und durch den Schutz der proprietären Technologie Eintrittsbarrieren errichteten.
Anfang 2010 befand sich der 3D Druck in einer Umbruchphase, mit der die nächste Phase der Verfestigung eintrat – die Skalierung. Die Branche wuchs exponentiell. Die neuen großen Player, wie MakerBot, 3DHubs, Formlabs, um nur einige zu nennen, tauchten auf. Und die Zahl der Übernahmen nahm zu, angeführt vor allem von Stratasys und 3DSystems.
Aber die Branche hat auch eine Menge Hype um sich herum angesammelt. Als dieser Hype um 2015 seinen Tiefpunkt erreichte, sagten viele das Ende der 3D Druckindustrie voraus.
Was jedoch endete, war das Interesse der Verbraucher. Das Ende des Hypes offenbarte die wahre Möglichkeit des 3D Drucks als neue Fertigungstechnologie mit riesigem Potenzial für viele Branchen.
Während das Ausmaß des 3D Drucks für Verbraucher schwand, florierte das Geschäft des industriellen 3D Drucks.
2020 begannen wir, von der zweiten Skalierungsphase zur dritten der fokussierenden Phase überzugehen, und die letzten 12 Monate haben diesen Trend nur noch unterstrichen, mit einem bemerkenswerten Aufschwung an groß angelegten M&A-Aktivitäten (Fusionen und Firmenübernahmen).
Zu den aufsehenerregendsten Fusionen und Übernahmen im Bereich 3D Druck in den letzten Monaten gehörten:
- Stratasys erwirbt Origin
- Stratasys erwirbt RPS
- Desktop Metal erwirbt EnvisionTEC
- DSM Übernimmt Teile des 3D Druck-Portfolios von Clariant
- Covestro erwirbt den DSM-Geschäftsbereich Harze & Funktionelle Materialien, einschließlich DSM Additive Fertigung
- Protolabs erwirbt 3DHubs
- BEAMIT Gruppe erwirbt 3T Additive Manufacturing
- Nikon kauft eine Mehrheitsbeteiligung an Morf3D
Zu den wichtigsten Strategien, die hinter dem Anstieg der Fusionen und Übernahmen im 3D Druck stehen, gehören:
- Produzierende Unternehmen, die ihre Reichweite erweitern wollen (Nikon & Morf3D);
- AF Unternehmungen, die ihre Position entlang der Wertschöpfungskette verbessern wollen (z.B. Desktop Metal & EnvisionTEC);
- AF-Gerätehersteller die innovative Technologien absorbiere wollen (z.B. Stratasys & Origin).
Dennoch ist die 3D Druckindustrie noch Jahre von der letzten Stufe, Gleichgewicht & Allianz entfernt, während nur einige wenige Titanen die Branche mit immerhin einer 70 % bis 90 % Präsenz den Marktes beherrschen.
So wie es jetzt aussieht, werden die 2020er vom dem Trend der Megadeals geprägt sein, der die 3D Druckindustrie umgestalten und im globalen Maßstab neu positionieren wird.
Der Einsatz des 3DbDrucks über das Prototyping hinaus nimmt weiter zu
Seit seinem Aufkommen wurde der 3D Druck vor allem für das Prototyping eingesetzt, um die Markteinführungszeit zu verkürzen und die Produktentwicklung zu verbessern. In den letzten Jahren haben wir jedoch eine Verschiebung der Nutzung festgestellt, wobei der Anteil der 3D gedruckten Endverbrauchsteile zunimmt.
Dieser Trend wird durch mehrere Branchenumfragen unterstrichen. Der 3D Druck Sentiment-Index 2021 von Ultimaker meldete beispielsweise einen Rückgang von 7 % bei den Prototyping Anwendungen, während die Nutzung von Endverbrauchsteilen im Vergleich zu den Ergebnissen von 2019 um 5 % zunahm.
Der Bericht “3D Printing Technology Trends 2021” von Jabil weist ähnliche Ergebnisse auf. Die Umfrage besagt, dass der Einsatz von 3D Druck für Endverbraucherteile auf einem Wachstumspfad ist, während der Prototypenbau stagniert. Fast 55 % der befragten Unternehmen geben an, dass sie mindestens ein Viertel ihrer 3D Druckkapazitäten für die Herstellung von Funktions- oder Endverbraucherteilen nutzen – ein beachtliches Wachstum im Vergleich zu den Zahlen aus 2019.
Diese Zahlen signalisieren, dass AF den Wendepunkt erreicht hat und sich von einer Technologie für Enthusiasten und Early Adopters zu einer Technologie mit einer breiten Palette industrieller Anwendungen entwickelt hat. Mit anderen Worten, die Akzeptanz von AF hat eine weitere Stufe erreicht – die Stufe der frühen Reife.
3D Hochgeschwindigkeitsdruck und die wachsende Materialauswahl
Der Aufstieg des 3D Drucks für funktionale Anwendungen ist eng mit den Fortschritten bei Materialien und Hardware verbunden.
Im Vergleich zu traditionellen Verfahren waren die meisten 3D Druckverfahren zu langsam und es fehlten funktionale, zertifizierte Materialien für die Produktionsanwendungen.
Die Akteure der 3D Druckindustrie, die sich eine Veränderung in der traditionellen Fertigungsindustrie mittels AF vorstellen konnten mussten einen Weg finden, den 3D Druck zu industrialisieren
Dies bedeutete die Entwicklung von Technologien, die höhere Produktionsvolumina unterstützen, und von Materialien, die fortschrittliche AF Anwendungen ermöglichen.
Auf der Hardwareseite erleben wir daher den Aufstieg des Binder-Jetting und des Multi-Laser Pulverbettschmelzens für Metalle und des Küvetten-Photopolymerisationsverfahren für Kunststoffe.
In der Zwischenzeit konzentrieren sich die Markenhersteller zunehmend auf Hochleistungsmaterialien, einschließlich fortschrittlicher Legierungen und Verbundwerkstoffe.
Lesen Sie hier zu auch: 3D Druck mit Verbundwerkstoffen: Eine aufstrebende Technologie mit großer Zukunft (EN)
Letztendlich trägt die Verlagerung des Schwerpunkts auf produktionsfähige Lösungen dazu bei, das Wachstum von AF in den Industriesektoren anzukurbeln, die zuvor zögerten, den 3D Druck für funktionale Anwendungen zu übernehmen.
Schaffung eines integrierten AM-Betriebssystems
AF, Industrie- Technologie 4.0 kann nur dann zur Reife gelangen, wenn die Stockungen in den Abläufen und Lieferketten beseitigt werden.
Während ein Großteil des Fokus in der AF weiterhin auf Hardware und Materialien liegt, wird immer mehr Wert auf die Schaffung eines vernetzten, automatisierten Betriebssystems gelegt.
Dieser Trend zeigt sich an mehreren Fronten, von der Designautomatisierung über die Topologie Optimierung bis hin zur Automatisierung der Nachbearbeitung, die einen Großteil der Komplexität und der manuellen Arbeit beseitigt.
Betreffend des Produktionsmanagements ist bereits spezialisierte additive MES-Software erschienen, um die Auftragsabwicklung und Produktionsplanung zu automatisieren.
Lesen Sie auch: Herausforderungen in der additiven Fertigung durch MES lösen
Ein weiterer entscheidender Schritt in der Automatisierung kommt von den Hardware Herstellern, die ihre Systeme für die Integration mit Software von Drittanbietern öffnen. Die Verbesserung der Konnektivität zwischen AF Systemen und Softwarelösungen wird letztendlich dazu beitragen, ein integriertes Ökosystem zu schaffen, das eine interoperable, skalierbare additive Fertigung unterstützt.
Der Höhepunkt der Produktivität: Welche 3D Druck Segmente haben ihn bereits erreicht?
Während die 3D Druckindustrie reift, ist der Fortschritt in den verschiedenen Segmenten nicht einheitlich.
Einige Bereiche des 3D Drucks befinden sich noch im Anfangsstadium, wie 3D gedrucktes menschliches Gewebe, während andere sich dem Reifestadium nähern, wie der 3D Druck mit Polymeren.
Aber wo liegen die anderen Segmente, die den Höhepunkt der Reife erklimmen, und was treibt ihr Wachstum voran?
3D Druckdienstleister
Einige kurze Fakten über die AF Dienstleistungsbranche:
- Der Wohlers Report 2021 besagt, dass 3D Druckdienstleister im Jahr 2020 einen Umsatz von satten 5 Milliarden US-Dollar erwirtschafteten;
- Laut dem Bericht von EY machten 2019 Dienstleister 34 % der globalen AF Landschaft aus;
- Rund 45 % der Unternehmen lagern ihre 3D Druckaufträge aus, wie aus dem Jabil 3D Printing Trends Report 2021 hervor geht.
Während die 3D Druckindustrie im Jahr 2020 insgesamt einen Rückgang erlebte, wuchs das Dienstleistungsgeschäft weiter. Viele, wenn nicht sogar die meisten Unternehmen, nutzen Dienstleister um sich mit dem 3D Druck vertraut zu machen.
Mit den jüngst erlebten Unterbrechungen der Lieferkette begannen Unternehmen, die Vorteile zu untersuchen, die der 3D Druck für ihre Lieferketten bieten kann und hier wurden Dienstleister für viele zur ersten Anlaufstelle, um die Technologie kennen und verstehen zu lernen.
Allerdings hat sich der Wettbewerb in der 3D Druckdienstleistungsbranche gleichzeitig mit dem Gesamtwachstum der Branche verschärft.
Auf der einen Seite führen Hardwarehersteller und Materialunternehmen neue Geschäftsbereiche für AF Dienstleistungen ein oder sie erweitern sich durch Übernahmen. Andererseits boomt ein “Manufacturing As A Service” Geschäftsmodell, das Käufer und Lieferanten über einen einzigen Standort verbindet.
In einer solchen Wettbewerbslandschaft müssen Druckdienstleister ständig innovativ sein, indem sie ihr Serviceangebot diversifizieren, ihre Prozesse standardisieren und automatisieren und neue Märkte erschließen.
Dentaler 3D Druck
Die Einführung von Hochgeschwindigkeitspolymertechnologien für die additive Fertigung hat das Wachstum des 3D Drucks in der Dentalbranche deutlich beschleunigt.
Nach Schätzungen des Marktforschungsunternehmens SmarTech hat die additive Fertigung der Dental- und Medizinindustrie die Marke von 3 Milliarden Dollar überschritten.
Die digitale Zahnmedizin, die Einführung digitaler Technologien in die Zahnarztpraxis, hat sich zu einem allgemeinen Trend in der Zahnmedizin entwickelt. Und der 3D Druck ist neben dem intraoralen Scannen eine der Schlüsseltechnologien, die diesen Trend vorantreiben.
Der 3D Druck hat viele Anwendungen in der Dentalindustrie, darunter Brückenmodelle, chirurgische Schablonen und Zahnersatz. Allerdings ist die Herstellung von klaren Zahnspangen Modellen heute eine der häufigsten Anwendungen des dentalen 3D Drucks.
Laut SmarTech Analysis sind klare Zahnspangen “vielleicht die Anwendung mit dem weltweit höchsten Volumen für 3D Drucktechnologien überhaupt.”
Der 3D Druck beschleunigt den Prozess der Erstellung patientenspezifischer Zahnspangen, da Hunderte von individuellen Formen direkt aus den digitalen Scans der Patienten in einer Charge hergestellt werden können.
Keine andere Technologie ausser dem 3D Druck wäre in der Lage, diese Menge an kundenspezifischen Formen so schnell und kostengünstig zu erstellen.
Der 3D Druck hat sich für die Zahnmedizin als bahnbrechend erwiesen, da er eine Lösung bietet, die das Reparieren von Zähnen billiger, schneller und für viele Kunden verfügbar machen kann.
Es ist daher nicht überraschend, dass über 70 % der Dentallabore in den USA bis Ende 2021 über diese 3D Drucktechnologie verfügen werden, wobei sich der dentale 3D Druck in den nächsten fünf bis sieben Jahren zu einer 9,2 Milliarden Dollar schweren Industrie entwickeln wird.
Metal Powder Bed Fusion
Der Metall 3D Druck umfasst viele Technologien, aber eine der ausgereiftesten unter ihnen bleibt das Metall Pulverbettschmelzen (PBF).
In den letzten zehn Jahren haben die Hersteller von Metall PBF 3D Druckern intensiv an der Optimierung der Technologie für die Produktion gearbeitet. Zu diesem Zweck haben die wichtigsten Marktteilnehmer Lösungen für die automatisierte und integrierte Produktion auf den Markt gebracht.
Die meisten dieser Lösungen haben ähnliche Eigenschaften: Sie sind modular, konfigurierbar und bieten einen hohen Automatisierungsgrad, um die Effizienz zu maximieren und den manuellen Arbeitsaufwand zu reduzieren.
Dank dieser Entwicklungen hat Laser PBF den Weg in viele Branchen und Anwendungen gefunden. Eine Branche, die besonders gerne Metall PBF einsetzt, ist die Luft- und Raumfahrtindustrie.
Heute werden 3D gedruckte PBF Metallteile für wichtige Flugzeug- und Raumfahrtsysteme wie z.B. Motoren verwendet. Hier zeigen sich die wichtigsten Fähigkeiten der Technologie. Die Herstellung komplexer Teile mit vereinfachter Montage und weniger Materialabfall sind besonders deutlich.
Bislang ist die Laser PBF Technologie in der Lage, wiederholt funktionale Teile zu liefern. Es sind jedoch noch einige Feinabstimmungen und Tests erforderlich, bevor die Hersteller die Produktion in großem Maßstab aufnehmen können.
In Zukunft wird die Benutzerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit von Metall PBF Systemen zunehmen, was in vielerlei Hinsicht durch die Fortschritte bei der Software und dem allgemeinen Arbeitsablauf vorangetrieben wird.
Ein Unternehmen, das diesen Trend unterstützt, ist der in Kalifornien ansässige Hersteller von Metall 3D Druckern, VELO3D.
Bei der Entwicklung seiner Metall PBF Technologie, genannt Intelligent Fusion, hat das Unternehmen den Schwerpunkt auf die Integration von Software und Hardware gelegt. Das Ergebnis ist ein eng integriertes System, das Teile mit weniger Stützen, besserer Oberflächengüte und, wie berichtet, einer höheren Erfolgsquote drucken kann. Dies wiederum führt zu größerer Zuverlässigkeit, schnellerer Produktion und weniger Nachbearbeitung.
Metall PBF bleibt die treibende Kraft in der Metall 3D Druckindustrie. Metall PBF 3D Drucker haben die größte installierte Basis unter den anderen Metall 3D Drucktechnologien. Und die Hersteller von PBF 3D Druckern haben im Vergleich zu Unternehmen, die andere Arten von Metall 3D Druckern herstellen, die größten Anteile am Markt.
Darüber hinaus ist die Verwendung von Metallen im 3D Druck seit 2019 um 20 % gestiegen, während die Verwendung von Polymeren nur um 12 % zunahm. Ein weiterer Beweis in das wachsende Vertrauen in die Reife des 3D Drucks aus Metall.
Industrieller 3D Druck: Eintritt in ein Jahrzehnt anhaltenden Wachstums
Die 3D Druckindustrie ist in eine neue Phase des Wachstums und der Industrialisierung eingetreten.
In der heutigen komplexen Umgebung reagieren immer mehr Unternehmen auf Einschränkungen in ihrer Lieferkette und ihren Fertigungsabläufen, indem sie auf den 3D Druck zurückgreifen.
Für unsere Branche bedeutet dies weitere Entwicklungen in verschiedenen Segmenten des 3D Drucks, nicht nur in den oben aufgeführten.
Eine Beschleunigung der Fortschritte in der additiven Fertigung wird letztlich die Vision einer dezentralen digitalen Fertigung realisieren. Sie ist schon lange in Arbeit und nimmt nun langsam Gestalt an, da alle Teile des AF Betriebssystems nach und nach zusammenkommen.
Wie wird die Fertigungsindustrie aussehen, wenn die Technologie der additiven Fertigung voll ausgereift ist? Ich glaube, wir werden nicht allzu lange brauchen, um das zu erfahren.
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