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Aug 18, 2023

Mesa Redonda Ejecutiva: Fabricación Aditiva

Chitra Sethi según el informe de análisis de tendencias, participación y tamaño del mercado de fabricación aditiva de Grand View Research por componente, por tipo de impresora, por tecnología, por software, por aplicación, por

Chitra Sethi

Según el informe “Informe de análisis de tendencias, participación y tamaño del mercado de fabricación aditiva por componente, por tipo de impresora, por tecnología, por software, por aplicación, por vertical, por material, por región y pronósticos de segmento, 2022-2030” de Grand View Research , se estima que el tamaño del mercado mundial de fabricación aditiva (AM) alcanzará los 76,16 mil millones de dólares para 2030, con un crecimiento CAGR del 20,8 por ciento.

El informe atribuye el crecimiento del mercado a la creciente adopción de la AM en aplicaciones industriales para mejorar la producción y acortar el tiempo de comercialización. ¿Qué tecnologías de fabricación aditiva basadas en metales y polímeros están experimentando un crecimiento significativo? ¿Seguirán siendo la automoción, la atención sanitaria y la industria aeroespacial y de defensa los mayores usuarios de FA u otras industrias fomentarán su crecimiento? En esta mesa redonda de Tech Briefs, cinco expertos de la industria comparten sus perspectivas y perspectivas futuras para la fabricación aditiva.

Los participantes de nuestra mesa redonda incluyen:

Brent Stucker: Desde la pandemia de COVID, un factor clave para la fabricación aditiva es la tensión en las cadenas de suministro. Ante cualquier crisis, las organizaciones se ven obligadas a adaptarse para sobrevivir. En los últimos dos años, hemos visto muchas empresas que están reevaluando sus prácticas de fabricación estándar y, al hacerlo, están abiertas a nuevas formas de superar los desafíos. Paralelamente, hemos visto un panorama más competitivo entre los proveedores de soluciones de fabricación aditiva y de impresión 3D. Nuestra industria ha madurado hasta un punto que nos permite cambiar nuestro enfoque de innovación de solo plataformas de impresión a centrarnos también en software, materiales y flujos de trabajo digitales para permitir la producción directa de una gama más amplia de aplicaciones. Esto nos brinda la oportunidad de ofrecer a los fabricantes soluciones más sofisticadas para abordar sus necesidades más desafiantes.

Avi Reichental: Creo que el crecimiento se ve acelerado por dos factores clave. En primer lugar, la pandemia de COVID-19 reforzó el hecho de que debemos repensar las anticuadas estrategias de la cadena de suministro que se basan en cantidades mínimas de pedido (generalmente de ubicaciones alejadas del punto de uso) para reducir los precios de los componentes individuales. Esto es costoso e insostenible. La impracticabilidad de este enfoque se hace especialmente evidente durante eventos catastróficos e impredecibles como pandemias de salud y crisis socioeconómicas globales como una guerra en Ucrania, por ejemplo. Esta nueva revelación es lo que alimenta y seguirá alimentando la noción de producir bienes bajo demanda y en las cantidades que los necesite, cuando los necesite, lo más cerca posible del punto de venta/uso. Este enfoque reduce el riesgo de la cadena de suministro, reduce los costos totales y reduce la huella de carbono general. En segundo lugar, creo que los continuos avances tecnológicos, desarrollos de materiales, fusiones y consolidaciones industriales seguirán proliferando aún más el uso y la adopción de tecnologías aditivas en casi todas las industrias.

La impresión 3D con la capacidad de fabricar piezas críticas bajo demanda está ayudando a los fabricantes a desarrollar flexibilidad y resiliencia, lo que no ha sido el caso en los últimos años.

– Shai Terem, Markforged

Shai Terem: La interrupción de la cadena de suministro y los problemas geopolíticos, en particular la guerra en Ucrania, los aranceles con China y la inflación, están dificultando que los fabricantes obtengan las piezas críticas que necesitan para mantener las operaciones funcionando sin problemas. Estos puntos débiles están empujando a los fabricantes a explorar nuevos métodos para lograr resiliencia y flexibilidad en sus cadenas de suministro. La fabricación aditiva con capacidades funcionales en el punto de necesidad es una gran solución. Cuando se vuelve más difícil depender de fuentes externas, el uso de AM permite a los fabricantes imprimir piezas in situ en cuestión de horas o días, en lugar de los meses que podrían llevar obtener lo que necesitan en todo el mundo. Esta estrategia está ayudando a los fabricantes a llevar productos al mercado más rápido y con menos interrupciones. La impresión 3D con la capacidad de fabricar piezas críticas bajo demanda está ayudando a los fabricantes a desarrollar flexibilidad y resiliencia, lo que no ha sido el caso en los últimos años.

Benny Buller: Experimentamos uno de nuestros crecimientos más impresionantes durante el período COVID-19. Sin embargo, todavía estábamos en nuestros primeros años. Pero sí estoy de acuerdo en que estamos viendo un crecimiento acelerado de la industria de la fabricación aditiva y parte de ello se debe al COVID-19. La pandemia mostró al mundo que tenemos graves debilidades en nuestras cadenas de suministro. AM ha prometido durante mucho tiempo mejorar la cadena de suministro al proporcionar resultados repetibles en cualquier lugar donde haya una máquina, pero no ha logrado ofrecer repetibilidad de máquina a máquina sin piezas calificadas en cada impresora en intervalos de tiempo regulares. Sin embargo, la tecnología ha madurado y ahora se puede lograr esa coherencia y repetibilidad. Creo que las mejoras en la tecnología (como máquinas más grandes, menos soportes, más aleaciones, mejor software, menor costo en producción de gran volumen y procesos mejorados, por nombrar algunos) son otro contribuyente importante. Creo que el mejor crecimiento aún está por delante.

Yair Alcobí:Ahora que la economía mundial vuelve a los niveles prepandémicos e incluso superiores, muchas empresas volverán a invertir en sistemas de fabricación aditiva después de dejar las cosas en espera por un tiempo y centrarse en las evaluaciones y el aprendizaje.

La interrupción de la cadena de suministro, junto con el impacto en el medio ambiente y la convención climática de Dublín, ilustran que la fabricación aditiva es claramente un buen camino a seguir para reducir el desperdicio y la dependencia de los envíos y las existencias, y para acercar la producción al consumo. El cambio estratégico de la cadena de suministro por parte de los líderes de la industria está comenzando a ganar impulso a medida que las empresas están poniendo su dinero donde está su estrategia. Estos actores importantes están construyendo cadenas de suministro alternativas, flexibles y bajo demanda, basadas en la capacidad de fabricación aditiva. Antes de la pandemia, también veíamos un gran desarrollo en la cerámica; creemos que 2023 podría ser el año de la fabricación aditiva cerámica cuando la mayoría temprana comience a adoptar la tecnología. Estamos viendo que las industrias emergentes que ahora tienen cadenas de suministro tradicionales están abiertas a comenzar con la fabricación aditiva primero tanto para el desarrollo como para la producción: vehículos eléctricos, drones, energía solar, espacio, automatización y robótica.

Brent Stucker: Actualmente, el área de mayor crecimiento parece ser la industria espacial/aeroespacial. Debido al alto valor y el bajo volumen de estas aplicaciones, estamos viendo una mayor tasa de crecimiento en la adopción de metales livianos (por ejemplo, titanio y aluminio) en máquinas de fabricación aditiva de alto valor, muchas de las cuales pueden superar el millón de dólares por sistema. Si bien esto es emocionante para la industria, anticipo que veremos aún más innovación en materiales plásticos durante la próxima década. Seguimos viendo una dependencia de los polímeros derivados del petróleo, lo que está en conflicto directo con el deseo de los fabricantes de adoptar prácticas sostenibles. Como resultado, creo que veremos una gran cantidad de esfuerzos dedicados al desarrollo de métodos de fabricación más sostenibles, empezando por los materiales.

Avi Reichental: Hemos visto un crecimiento significativo en las tecnologías basadas en resina, más específicamente el proceso de estereolitografía de próxima generación que utiliza una "máscara" y luz ultravioleta para curar la resina y convertirla en un objeto sólido. La estereolitografía o SLA existe desde hace muchas décadas y, de hecho, la mayoría de los componentes impresos en 3D en la actualidad se han impreso utilizando este método, pero este método es extremadamente lento, lo que es una barrera para la adopción masiva para aplicaciones de producción que requieren mayores volúmenes. El proceso de fotocurado de subcapa lubricante (LSPc), que es la variante patentada del proceso mSLA de Nexa3D, combina una luz ultravioleta y una membrana especial para garantizar la uniformidad de la luz y reducir las fuerzas de despegue, imprimiendo así a una velocidad mucho mayor y mejorando la calidad de impresión. Creemos que esto es lo que abrirá las puertas a una adopción masiva de mayor volumen y más económica de la impresión 3D de polímeros.

Shai Terem: Un área en la que estamos viendo mucha innovación es la de los compuestos que pueden reemplazar al metal. Por ejemplo, al imprimir con fibra de carbono continua, disponible exclusivamente en Markforged, es posible crear piezas compuestas que son más resistentes que las piezas de aluminio. Los compuestos avanzados desempeñan un papel importante en industrias como la aeroespacial y la automovilística, que necesitan piezas más ligeras, más baratas y más resistentes. Incluso tenemos un cliente que imprime cientos de satélites casi en su totalidad con nuestro material Onyx con fibra de carbono continua.

Específicamente en el caso de los metales, también estamos viendo un crecimiento en torno al acero inoxidable y el cobre, que se están adoptando para aplicaciones de fabricación tanto en la línea de montaje como para piezas de uso final en automóviles de alta gama. Con la llegada de la inyección de aglutinante de alta precisión, como nuestra solución Digital Metal, la fabricación aditiva se está expandiendo hacia la producción de metales de alto rendimiento. Dicho esto, la industria automotriz y aeroespacial están impulsando un crecimiento significativo de las tecnologías y materiales de fabricación aditiva, ya que buscan constantemente piezas más livianas, más baratas y más resistentes que puedan aumentar la eficiencia energética y de combustible.

Benny Buller: Creo que los materiales están impulsados ​​por casos de uso abordables. En Velo3D, nuestro mayor subconjunto de clientes se encuentra en el sector aeroespacial. Por eso, ofrecemos una gran cantidad de aleaciones a base de níquel, como Inconels®, así como otras aleaciones diseñadas para el sector aeroespacial, como GRCop-42, una aleación a base de cobre diseñada por la NASA para alta resistencia a altas temperaturas y conductividad térmica. .

Sin embargo, recientemente identificamos una nueva oportunidad de mercado para nuestra tecnología en la industria de herramientas para automóviles. La industria automotriz utiliza muchas piezas fundidas producidas mediante máquinas de fundición a presión de alta presión. Estas piezas se crean utilizando herramientas especializadas diseñadas para enfriar con precisión el metal fundido a la velocidad y temperatura adecuadas. Mediante la impresión 3D, los fabricantes de piezas pueden crear mejores insertos de herramientas que se enfríen de manera más efectiva y duren más. Gracias a esta oportunidad, desarrollamos parámetros que nos permiten utilizar acero para herramientas M300 en nuestras impresoras y hemos visto un gran interés por parte de las principales empresas automotrices que desean utilizar nuestra tecnología para herramientas. A medida que las empresas identifiquen nuevas industrias en las que la fabricación aditiva pueda habilitar casos de uso, veremos que se lanzan al mercado más aleaciones.

La cerámica aún se encuentra en las primeras etapas, pero muestra signos de ganar impulso en industrias como la médica, las telecomunicaciones, los bienes de consumo de lujo, la automoción y más.

– Yair Alcobi

Yair Alcobí: XJet optó por desarrollar acero inoxidable como su primer material metálico porque ya es un material de producción popular. Al ofrecer materiales de producción existentes, permite a los fabricantes trabajar con materiales que conocen, pero el uso de AM como tecnología complementaria les permite abrir nuevas geometrías y crear piezas que antes no eran posibles; esta tendencia de AM refleja los materiales de producción tradicionales que esperamos. continuar. Además de los metales y los polímeros, XJet obviamente también está muy interesado en los materiales cerámicos. Hay una gran cantidad de oportunidades en este sector a medida que se abre la industria. La cerámica aún se encuentra en las primeras etapas, pero muestra signos de ganar impulso en industrias como la médica, las telecomunicaciones, los bienes de consumo de lujo, la automoción y más. Al igual que en el metal, XJet optó por centrarse en los materiales populares de circonio y alúmina, para atender a los fabricantes tradicionales que desean la libertad de diseño que ofrece AM pero quieren trabajar con las propiedades de los materiales que conocen bien y que son populares por una buena razón. .

Estamos viendo innovación a microescala, así como el desarrollo de algunos de los sistemas más grandes que jamás hayamos visto disponibles comercialmente.

-Brent Stucker

Brent Stucker: Estamos viendo innovación a microescala, así como el desarrollo de algunos de los sistemas más grandes que jamás hayamos visto disponibles comercialmente. Si bien imprimir una Torre Eiffel que sólo se puede ver con un microscopio o mirar una máquina de dos pisos de altura con una gran cantidad de láseres es emocionante, lo que realmente se necesita son sistemas específicos para cada aplicación. Recientemente, se ha producido una mercantilización de la creación de prototipos con materiales y sistemas estandarizados. Esto incluye sistemas de bajo costo para uso doméstico y educativo y sistemas de mayor rendimiento para operaciones de ingeniería. También estamos viendo un crecimiento en la industria espacial, donde se requieren piezas metálicas de gran tamaño. Por lo tanto, sistemas más grandes y productivos son un enfoque clave para varios proveedores de soluciones. Lo que está ganando más terreno son las soluciones para nuevas industrias y nuevas aplicaciones donde el diseño del sistema refleja el tamaño y el costo de la pieza impulsados ​​por el modelo de negocio de la aplicación. Ya sea joyería, aeroespacial, automoción o medicina, todos tienen propuestas comerciales únicas con sus propios requisitos de sistema únicos y, por lo tanto, se necesita una gama más amplia de capacidades de plataforma, opciones de materiales y flujos de trabajo de software para respaldar estas aplicaciones únicas e independientes.

Avi Reichental: Realmente depende de la industria. Por ejemplo, la industria del petróleo y el gas ha estado adoptando cada vez más grandes volúmenes de construcción, tanto de tecnologías de impresión 3D de metal como de polímeros. La industria de productos de consumo ha adoptado cada vez más impresoras 3D de escritorio profesionales, que ahora son mucho más asequibles y más potentes en términos de rendimiento, disponibilidad de materiales y economía general. Por ejemplo, la nueva impresora 3D de escritorio XiP de Nexa3D es capaz de producir componentes de grado de ingeniería en su escritorio de manera más rápida y económica que obtener esos mismos componentes de su tienda interna o de proveedores de servicios de impresión 3D, impulsando así la adopción masiva dentro del desarrollo de productos y comunidad de ingenieros.

Shai Terem: Estamos viendo un impulso para que las impresoras 3D de grado industrial admitan una producción de mayor volumen. Este impulso requiere camas de impresión más grandes, no necesariamente para la construcción o el tamaño de la pieza, sino para poder producir a escala. Creamos el Markforged FX20 para ayudar a satisfacer esta necesidad de los fabricantes que desean crear piezas de producción de uso final de manera rápida y confiable justo en el punto de necesidad.

Benny Buller: Las impresoras de mayor formato tienen dos ventajas. La primera es obvia. Las impresoras más grandes le permiten imprimir piezas más grandes. Si está intentando construir una pieza que no cabe en una máquina más pequeña y asequible, está estancado. Sin embargo, las impresoras más grandes también pueden reducir los costos para los OEM. Por ejemplo, nuestra impresora Sapphire XC ofrece a los clientes un volumen de impresión un 500 por ciento mayor que el de la Sapphire original. También aumenta el rendimiento en más de un 400 por ciento utilizando cuatro veces más láseres y un recubridor sin contacto más rápido. Sin embargo, el costo de la máquina más grande es sólo aproximadamente el doble del costo de una Zafiro. Esto reduce enormemente el costo de las piezas impresas. Vemos las impresoras más pequeñas como un punto de entrada que conduce a impresoras de gran formato para impresoras de mayor formato. Requieren menos capital para adquirirlos y, a medida que aumenta la producción, puede agregar fácilmente una impresora más grande al taller y ampliar las capacidades de producción.

Yair Alcobí: Dividimos el mercado entre prototipado y producción. Vemos el lado de la producción como la parte del mercado con mayor potencial. Este segmento busca sistemas de alto rendimiento y es menos sensible al precio del sistema. Como tal, vemos crecer la demanda de sistemas de fabricación aditiva más grandes.

Brent Stucker: Hasta que veamos cambios significativos en las aplicaciones, las industrias que tienen alto valor y bajas cantidades dominarán la industria de la fabricación aditiva. Es difícil competir con técnicas de fabricación tradicionales como el moldeo por inyección a escala. Dicho esto, existen muchas aplicaciones que podrían beneficiarse de nuevos materiales y procesos de AM calificados. Como hemos visto en los últimos años, muchas industrias, especialmente la industria automotriz, han quedado cautivas por una frágil cadena de suministro a raíz de la COVID. La fabricación aditiva tiene la capacidad de aumentar las cadenas de suministro existentes al permitir que el mayor valor de un producto (un automóvil de $50 000, por ejemplo) se entregue a tiempo, incluso si requiere que el costo de un componente individual aumente 100 veces ($0,04 a $4,00).

Avi Reichental:Sí, lo harán, pero a ellas se unirán otras industrias más convencionales, como la de productos de consumo, debido a la proliferación de impresoras 3D de escritorio profesionales.

Shai Terem: Creo que sí, seguimos viendo a la industria aeroespacial, automotriz y médica como algunos de los mayores usuarios de AM. Pero otro sector emergente es el manufacturero en general y específicamente las empresas que construyen maquinaria compleja para embalaje, procesamiento de alimentos y automatización industrial. Esta categoría de fabricante necesita piezas complejas y de bajo volumen, pero altamente personalizadas, que se adaptan perfectamente a la fabricación aditiva. Incluso estamos viendo demanda en el lado posventa, donde los casos de uso de MRO se pueden resolver mediante inventario digital y producción bajo demanda con una solución como nuestra Digital Forge.

También estamos viendo mucha tracción en la industria energética, donde las empresas están utilizando la AM para producir turbinas y otros equipos más pequeños y eficientes.

– Benny Buller

Benny Buller: A corto plazo, creo que sí. Sin embargo, también estamos viendo mucha tracción en la industria energética, donde las empresas están utilizando la AM para producir turbinas y otros equipos más pequeños y eficientes. La otra industria en la que vemos mucha tracción es la del petróleo y el gas. Gran parte de la infraestructura de petróleo y gas de la que depende el mundo es bastante antigua y, en los últimos años, muchos proveedores han dejado de ofrecer ciertas piezas por completo. Los plazos de entrega a veces también se miden en años, lo que significa que las empresas deben mantener un gran inventario de piezas para mantenimiento, reparación y operaciones. La AM es una solución poderosa para estos desafíos. También creo que a medida que las nuevas industrias vean cómo la fabricación aditiva está racionalizando las cadenas de suministro, permitiendo la producción de diseños existentes sin tener que rediseñar la pieza utilizando el diseño para fabricación aditiva (DfAM) y reduciendo los costos en comparación con la fabricación convencional, también adoptarán la tecnología. .

Yair Alcobí: Sí, vemos el sector aeroespacial como un segmento grande y líder; sin embargo, el sector vertical industrial/de maquinaria en general es potencialmente más grande y con barreras de entrada más bajas que el sector aeroespacial. El proceso de certificación de materiales en la industria aeroespacial suele ser estricto y requiere muchas fases de desarrollo, particularmente para piezas listas para volar en lo que respecta a características centrales como seguridad contra incendios, etc. Estas piezas se producen más fácilmente usando AM y esperaríamos esto crecerá a medida que más y más usuarios aeroespaciales vean los beneficios de los casos de uso existentes.

Brent Stucker: Creo que el lecho de polvo, el fotopolímero y la bioimpresión tienen el futuro más brillante. Si bien las impresoras de extrusión probablemente representen el mayor volumen de impresoras en el mercado, existe un límite inherente a la velocidad del proceso y los materiales que se pueden utilizar. Las tecnologías de lecho de polvo tanto para polímeros como para metales han dominado las aplicaciones de producción y probablemente seguirán haciéndolo. La investigación sobre materiales fotopolímeros está en curso y vemos que se producen piezas de muy buena calidad en grandes volúmenes. Pero creo que el área que tiene mayor potencial futuro es el uso de materiales biocompatibles e hidrogeles para el descubrimiento de fármacos y la medicina regenerativa. Se están logrando enormes avances en estos campos; sin embargo, aún es temprano y aún no se han aprovechado importantes oportunidades para impactar la atención al paciente.

Las tecnologías de impresión 3D de polímeros y metales de alta velocidad impulsarán aún más los límites de producción y la economía de rendimiento de la fabricación aditiva.

– Avi Reichental

Avi Reichental: Las tecnologías de impresión 3D de polímeros y metales de alta velocidad impulsarán aún más los límites de producción y la economía de rendimiento de la fabricación aditiva. Además, la optimización del posprocesamiento y la automatización del flujo de trabajo ayudarán a una mayor adopción de tecnologías aditivas en múltiples industrias.

Shai Terem: Un área interesante con un gran potencial es la inyección de aglutinante y las tecnologías para materiales compuestos avanzados, las cuales se utilizan para crear piezas de misión crítica en el sector aeroespacial y automotriz. Sin embargo, si bien el Binder Jetting es una innovación de hardware que ayuda a los clientes a imprimir más rápido y en mayores volúmenes, es realmente el poder del software lo que desbloqueará el futuro de la fabricación aditiva. El software avanzado, a menudo impulsado por el aprendizaje automático y combinado con el hardware adecuado, hace que la impresión 3D sea más fácil de usar, además de más confiable y flexible. Creo que los avances en el software son lo que realmente potenciarán la adopción de la impresión 3D.

Benny Buller: Estamos especialmente centrados en la fusión de lechos de polvo con láser, por lo que egoístamente tendría que decir esa tecnología. Sin embargo, todas las diferentes tecnologías tienen diferentes propósitos que no necesariamente compiten entre sí. Todos ellos tienen un gran potencial, sólo que de diferentes maneras.

Yair Alcobí: Dentro del metal y la cerámica, consideramos que la inyección de aglutinante es una tecnología en crecimiento debido a su simplicidad y bajo costo inicial. Sin embargo, las tecnologías que lograrán una calidad de pieza final igual a los estándares tradicionales se apoderarán de los segmentos de piezas de alta gama. Por ejemplo, Nano Particle Jetting de XJet, que utiliza deposición directa de material de alta definición. Esta tecnología permite la fabricación de piezas metálicas muy complejas, con detalles superfinos, superficies lisas y precisión milimétrica, lo que finalmente hace realidad la promesa de complejidad sin costo de la fabricación aditiva.

Sistemas 3D

Nexa3D

marcadoforjado

Velo3D

xJet

Este artículo apareció por primera vez en la edición de febrero de 2023 de la revista Tech Briefs.

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