Heeft 3D-printen het hoogste niveau van productiviteit bereikt?

Een gestaag volwassen wordende 3D-printindustrie

Verschillende trends en ontwikkelingen geven aan dat de industrie op weg is naar volwassenheid. Hieronder analyseren we de toename van M&A-activiteiten, het toenemende gebruik van 3D-printen, gevoed door technologische vooruitgang en de wens naar meer integratie en interoperabiliteit.

De consolidatiegolf 

De meeste nieuwe industrieën zijn gefragmenteerd en consolideren naarmate ze volwassener worden. Volgens het Consolidation Curve-raamwerk volgen alle industrieën een vergelijkbare levenscyclus door de 4 fasen van:opening, schaal, focus en balans en alliantie.

Met behulp van het raamwerk en de geschiedenis van 3D-printen als leidraad, kunnen we peilen waar de industrie staat op de consolidatiecurve.

Verscheen in de jaren tachtig, had 3D-printen de openingsfase doorlopen tot het einde van de jaren 2000, waarbij bedrijven als Stratasys, 3D System, Materialise een wereldwijde voetafdruk creëerden en toegangsdrempels opwierpen door gepatenteerde technologie te beschermen.

Het begin van de jaren 2010 markeerde een transformatieperiode voor 3D-printen die de volgende fase van de consolidatiecurve inging:schaal. De industrie groeide exponentieel. De nieuwe grote spelers verschenen, zoals MakerBot, 3DHubs, Formlabs om er maar een paar te noemen. En het aantal acquisities nam toe, voornamelijk geleid door Stratasys en 3DSystems.

Maar de industrie bouwde er ook veel hype omheen. Toen de hype-cyclus rond 2015 het dieptepunt bereikte, voorspelden velen het einde van de 3D-printindustrie.

Wat echter in werkelijkheid eindigde, was het consumentenbelang. Het einde van de hype onthulde de ware aard van 3D-printen als productietechnologie met een enorm potentieel in veel industrieën.

Terwijl de schaalfase van 3D-printen voor consumenten afnam, bloeide de schaalfase van industrieel 3D-printen op.

Als we de jaren 2020 ingaan, beginnen we te verschuiven van de tweede schaalfase naar de derde focusfase - en de afgelopen 12 maanden hebben deze trend alleen maar benadrukt, met een opmerkelijke toename van grootschalige fusies en overnames.

Enkele van de meest opvallende fusies en overnames op het gebied van 3D-printen in de afgelopen maanden waren:

• Stratasys verwerft Origin 
• Stratasys verwerft RPS 
• Desktop Metal neemt EnvisionTEC over 
• DSM verwerft delen van Clariant's 3D-printportfolio 
• Covestro neemt de bedrijfstak DSM Resins &Functional Materials over, inclusief DSM Additive Manufacturing 
• Protolabs verwerft 3DHubs 
• BEAMIT Group neemt 3T Additive Manufacturing over 
• Nikon koopt meerderheidsbelang in Morf3D

De belangrijkste strategieën achter de toename van fusies en overnames in 3D-printen zijn onder meer:  

• Productiebedrijven die hun bereik willen vergroten (Nikon &Morf3D);
• AM-bedrijven versterken hun positie in de waardeketen (bijv. Desktop Metal &EnvisionTEC);
• AM-apparatuurfabrikanten absorberen innovatieve technologieën (bijv. Stratasys &Origin).

Dat gezegd hebbende, is de 3D-printindustrie nog jaren verwijderd van de laatste fase van Balance &Alliance, terwijl slechts een paar industriële titanen regeren, goed voor maar liefst 70% tot 90% van de markt.

Zoals het er nu naar uitziet, zullen de jaren 2020 worden gekenmerkt door de trend van megadeals, die de 3D-printindustrie zal hervormen en op wereldwijde schaal zal herpositioneren.

Het gebruik van 3D-printen naast prototyping neemt toe

Sinds de opkomst wordt 3D-printen voornamelijk gebruikt voor het maken van prototypes, het verkorten van de time-to-market en het verbeteren van productontwikkeling. De afgelopen jaren merken we echter een verschuiving in het gebruik, waarbij het percentage 3D-geprinte onderdelen voor eindgebruik toeneemt.

Deze trend wordt benadrukt door verschillende branche-enquêtes. De Ultimaker's 3D Printing Sentiment Index 2021 rapporteerde bijvoorbeeld een daling van 7% in prototyping-toepassingen, terwijl het eindgebruik van onderdelen met 5% toenam in vergelijking met de resultaten van 2019.

Jabil's 3D Printing Technology Trends 2021-rapport vertelt een soortgelijk verhaal. Uit het onderzoek blijkt dat hoewel de prototyping stabiel bleef, het gebruik van 3D-printen voor eindgebruiksonderdelen een groeitraject heeft doorgemaakt. Bijna 55% van de ondervraagde bedrijven zegt dat ze minstens een kwart van hun 3D-printcapaciteit gebruiken om functionele onderdelen of onderdelen voor eindgebruik te produceren - een opmerkelijke groei in vergelijking met de cijfers van 2019.

Deze cijfers geven aan dat AM het buigpunt heeft bereikt en evolueert van een technologie voor enthousiastelingen en early adopters naar een technologie met een breed scala aan industriële toepassingen. Met andere woorden, de adoptie van AM heeft een ander niveau bereikt:het niveau van vroege volwassenheid.

Supersnel 3D-printen en de steeds groter wordende materiaalkeuze 

De opkomst van 3D-printen voor functionele toepassingen is nauw verbonden met de vooruitgang in materialen en hardware.

Vergeleken met traditionele productie waren de meeste 3D-printprocessen traag en ontbraken functionele, gecertificeerde materialen voor productietoepassingen.

Spelers in de 3D-printindustrie, die zich de verstoring van de traditionele maakindustrie via AM voorstelden, moesten een manier vinden om 3D-printen te industrialiseren.

Dit betekende het ontwikkelen van technologieën die hogere productievolumes ondersteunen en materialen die geavanceerde AM-toepassingen mogelijk maken.

Als gevolg hiervan zijn we aan de hardwarekant getuige van de opkomst van binderjetting en multi-laser poederbedfusie voor metalen en vatfotopolymerisatieprocessen voor kunststoffen.

Ondertussen richten materialenmerken zich steeds meer op hoogwaardige materialen, waaronder geavanceerde legeringen en composieten.

Lees ook:Composiet 3D-printen:een opkomende technologie met een mooie toekomst 

Uiteindelijk helpt het verschuiven van de focus op productie-compatibele oplossingen om de groei van AM te stimuleren in industriesectoren die voorheen aarzelden om 3D-printen voor functionele toepassingen toe te passen.

Een geïntegreerd AM-ecosysteem creëren

AM, als Industrie 4.0-technologie, kan alleen volwassen worden door silo's in zijn activiteiten en toeleveringsketens te verwijderen.

Hoewel veel van de focus in AM blijft liggen op hardware en materialen, wordt er steeds meer nadruk gelegd op het creëren van een onderling verbonden, geautomatiseerd ecosysteem.

Deze trend is op meerdere fronten zichtbaar, van ontwerpautomatisering via topologie-optimalisatie tot postproductie-automatisering die veel van de complexiteit en handmatige arbeid wegneemt.

Aan de kant van productiebeheer is gespecialiseerde additieve MES-software verschenen om de orderafhandeling en productieplanningsprocessen te automatiseren.

Verder lezen:uitdagingen op het gebied van additieve productie oplossen met MES

Een andere cruciale stap in automatisering komt van hardwarefabrikanten die hun systemen openstellen voor integratie met software van derden. Het verbeteren van de connectiviteit tussen AM-systemen en softwareoplossingen zal uiteindelijk helpen om een ​​geïntegreerd ecosysteem te creëren dat interoperabele, schaalbare additive manufacturing ondersteunt.

Het productiviteitsplateau:welke 3D-printsegmenten hebben het bereikt?

Terwijl de 3D-printindustrie volwassen wordt, is de vooruitgang in de verschillende segmenten niet uniform.

Sommige sectoren van 3D-printen bevinden zich nog in de beginfase, zoals 3D-geprinte menselijke weefsels, terwijl andere de volwassenheidsfase naderen, zoals 3D-printen met polymeren.

Maar wat zijn de andere segmenten die het plateau van volwassenheid beklimmen en wat drijft hun groei?

3D-printserviceproviders

Enkele feiten over de AM-servicesector: 

• Het Wohlers-rapport 2021 stelt dat 3D-printserviceproviders in 2020 maar liefst $ 5 miljard aan inkomsten genereerden;
• Volgens het EY-rapport 2019 maken serviceproviders 34% uit van het wereldwijde AM-landschap;
• Ongeveer 45% van de bedrijven besteedt 3D-printtaken uit, zoals gerapporteerd door Jabil 3D Printing Trends Report 2021.

Terwijl de 3D-printindustrie in 2020 een algehele achteruitgang kende, bleef de dienstverlening groeien. Veel, zo niet de meeste, bedrijven maken via serviceproviders kennis met 3D-printen.

Met de recente schokken in de toeleveringsketen begonnen bedrijven de voordelen te onderzoeken die 3D-printen kan bieden voor hun toeleveringsketens - en serviceproviders werden voor velen de eerste contactpunten om de technologie te leren en te begrijpen.

De concurrentie in de 3D-printservice-industrie is echter toegenomen in lijn met de algemene groei van de sector.

Enerzijds lanceren hardwarefabrikanten en materiaalbedrijven AM-services business lines, of breiden ze deze uit door middel van overnames. Aan de andere kant is een Manufacturing-As-A-Service-bedrijfsmodel, dat kopers en leveranciers verbindt via één enkele site, enorm in opkomst.

In een dergelijk competitief landschap moeten dienstverleners voortdurend innoveren, door hun dienstenaanbod te diversifiëren, hun processen te standaardiseren en te automatiseren en door nieuwe markten aan te boren.

Tandheelkundig 3D-printen

De introductie van high-speed polymeer AM-technologieën heeft de groei van 3D-printen in de tandheelkunde aanzienlijk gestimuleerd.

Volgens een schatting van het marktonderzoeksbureau SmarTech heeft de tandheelkundige en medische industrie van AM 3 miljard dollar bereikt.

Digitale tandheelkunde – de introductie van digitale technologieën in de tandartspraktijk – is een veel voorkomende trend in de tandheelkunde geworden. En 3D-printen is een van de belangrijkste technologieën, naast intraoraal scannen, die deze trend stimuleren.

3D-printen heeft veel toepassingen in de tandheelkundige industrie, waaronder brugmodellen, chirurgische geleiders en kunstgebitten. De productie van clear aligner-modellen is tegenwoordig echter een van de meest voorkomende toepassingen van tandheelkundig 3D-printen.

Volgens SmarTech Analysis zijn clear aligners "misschien wel de enige toepassing met het hoogste volume voor 3D-printtechnologieën in de wereld van vandaag."

3D-printen versnelt het proces van het maken van patiëntspecifieke doorzichtige aligners doordat honderden aangepaste mallen in één batch rechtstreeks van de digitale scans van patiënten kunnen worden geproduceerd.

Geen enkele andere technologie zou in staat zijn om op zo'n snelle en kosteneffectieve manier zoveel aangepaste mallen te maken, behalve 3D-printen.

3D-printen heeft bewezen een doorbraak te zijn voor tandheelkunde en biedt een oplossing die het repareren van tanden goedkoper, sneller en algemeen beschikbaar maakt voor klanten.

Het is daarom niet verwonderlijk dat naar verwachting meer dan 70% van de tandheelkundige laboratoria in de VS tegen het einde van 2021 over 3D-printtechnologie zullen beschikken, waarbij tandheelkundige 3D-printen in de komende vijf tot zeven jaar een industrie van $ 9,2 miljard zal worden.

Metalen poederbedfusie 

Metaal 3D-printen omvat vele technologieën, maar een van de meest volwassen onder hen blijft Metal Powder Bed Fusion (PBF).

De afgelopen tien jaar hebben fabrikanten van metalen PBF 3D-printers hard gewerkt aan het optimaliseren van de technologie voor productie. Daarom hebben we belangrijke marktspelers oplossingen zien lanceren voor geautomatiseerde en geïntegreerde productie.

De meeste van deze oplossingen hebben vergelijkbare kenmerken:ze zijn modulair, configureerbaar en bieden een hoge mate van automatisering om de efficiëntie te maximaliseren en de hoeveelheid handmatige arbeid te verminderen.

Dankzij deze ontwikkelingen heeft laser PBF zijn weg gevonden naar vele industrieën en toepassingen. Een sector die bijzonder enthousiast is geweest over het gebruik van metalen PBF, is de ruimtevaart.

Tegenwoordig drijven metalen PBF 3D-geprinte onderdelen cruciale vliegtuig- en ruimtevaartuigsystemen zoals motoren aan. Dit is waar de belangrijkste mogelijkheden van de technologie - de productie van complexe onderdelen met vereenvoudigde montage en minder materiaalverspilling - echt uitblinken.

Vanaf nu is laser PBF-technologie in staat om herhaaldelijk functionele onderdelen te leveren. Het vereist echter nog wat fine-tuning en testen voordat fabrikanten zich kunnen committeren aan volledige productie.

In de toekomst zullen het gebruiksgemak en de betrouwbaarheid van metalen PBF-systemen toenemen, in veel opzichten gedreven door de vooruitgang in software en de algehele workflow.

Een voorbeeld dat deze trend ondersteunt, komt van de in Californië gevestigde fabrikant van metalen 3D-printers, VELO3D.

Bij de ontwikkeling van zijn metaal PBF-technologie, Intelligent Fusion genaamd, heeft het bedrijf de nadruk gelegd op software- en hardware-integratie. Het resultaat is een strak geïntegreerd systeem dat onderdelen kan printen met minder ondersteuningen, een betere oppervlakteafwerking en naar verluidt een hoger succespercentage. Dit leidt weer tot een grotere betrouwbaarheid, snellere productie en minder nabewerking.

Metal PBF blijft de drijvende kracht achter de metaal 3D-printindustrie. Metal PBF 3D-printers hebben de grootste installed base onder andere metalen 3D-printtechnologieën. En fabrikanten van PBF 3D-printers hebben de grootste aandelen op de markt voor metalen 3D-printen in vergelijking met bedrijven die andere soorten metalen 3D-printers produceren.

Bovendien is het gebruik van metalen in 3D-printen sinds 2019 met 20% gestegen, terwijl het gebruik van polymeren slechts met 12% is gegroeid - nog een andere statistiek die het groeiende vertrouwen in de maturiteit van 3D-printen van metaal aankondigt.

Industrieel 3D-printen:een decennium van aanhoudende groei ingaan

De 3D-printindustrie is een nieuwe periode van groei en industrialisatie ingegaan.

In de complexe omgeving van vandaag reageren steeds meer bedrijven op beperkingen in hun toeleveringsketen en productieactiviteiten door te kijken naar 3D-printen.

Voor onze branche betekent dit meer ontwikkelingen in verschillende segmenten van 3D-printen, niet alleen de hierboven genoemde.

Versnelde vooruitgang in additive manufacturing zal uiteindelijk een visie van gedistribueerde digitale productie werkelijkheid maken. Het is al lang in de maak en nu begint het langzaam vorm te krijgen, omdat alle delen van het AM-ecosysteem geleidelijk aan samenkomen.

Hoe zal de maakindustrie eruitzien als de AM-technologie volledig volwassen is? Ik denk dat het niet lang zal duren om het te leren.

Ontdek in onze gratis whitepaper hoe u de basis kunt leggen voor een versnelde overgang naar gedistribueerde additieve productie.