10.12.2021

IDTechEx discute la stampa 3D nel 2021: Micro-tendenze nei principali materiali

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La stampa 3D ha iniziato la sua strada verso la ripresa nel 2021 dopo un anno difficile nel 2020, dove l'intero settore ha sentito gli effetti della pandemia COVID-19. All'interno di questo anno di ripresa, IDTechEx ha notato lo sviluppo e/o la continuazione di micro-tendenze all'interno di ogni principale sottospecialità di stampa 3D: polimeri, ceramica, compositi e produzione additiva di metalli.

In questo articolo, IDTechEx identifica e spiega le micro-tendenze per ogni specialità di materiale che vale la pena tenere d'occhio nel 2022.

Plastica: I polimeri sostenibili per la stampa 3D arrivano sul mercato

La stampa 3D ha sempre sostenuto di essere sostenibile grazie al suo ridotto spreco nella produzione rispetto ad altre forme di produzione come la lavorazione. Tuttavia, i materiali più popolari sono sempre stati i polimeri a base di carbonio, che non sono intrinsecamente sostenibili poiché derivano da risorse non rinnovabili. Con una maggiore consapevolezza di questa realtà, più fornitori di materiali per la stampa 3D e aziende stanno rilasciando polimeri per la stampa 3D con caratteristiche verdi, come la riciclabilità e la riutilizzabilità; questa tendenza è entrata in pieno vigore nel 2021 come un approccio diverso alla sostenibilità nella stampa 3D.

Per esempio, l'azienda chimica Braskem ha collaborato con l'azienda di riciclaggio dei materiali Vartega per creare un filamento di polipropilene che include il 100% di fibra di carbonio riciclata. Il rilascio di questo filamento fa parte di un nuovo programma di riciclaggio di filamenti di fibra di carbonio che Braskem e Vartega stanno lanciando, che incoraggerà gli utenti di questi filamenti a riciclarli adeguatamente. Un'altra azienda che rilascia un filamento "verde" è Fillamentum, che ha recentemente lanciato NonOilen, un filamento polimerico biodegradabile al 100%. NonOilen, che è composto da acido polilattico (PLA) e poliidrossibutirrato (PHB), è anche fatto da polimeri bio-based (cioè polimeri derivati da risorse rinnovabili).

Tuttavia, i produttori di filamenti non sono l'unico tipo di materia prima per la stampa 3D che sta ottenendo il trattamento sostenibile. Nel 2021, Materialise ha lanciato Bluesint PA 12, una polvere per la stampa 3D fatta al 100% di polvere riutilizzata. L'obiettivo di Bluesint PA 12 è quello di diminuire lo spreco di polvere nella sinterizzazione laser selettiva, che trasforma fino al 50% della polvere nel letto in rifiuti. Con le aziende che ribadiscono il loro impegno per la sostenibilità, IDTechEx osserverà da vicino se altri polimeri biodegradabili o riciclabili per la stampa 3D arriveranno sul mercato nel 2022.

Ceramica: Nuovi materiali rilasciati prefigurano un mercato in espansione?

La tendenza generale per la stampa 3D ceramica nel 2021 è stata il lancio di una varietà di nuovi materiali attraverso diverse tecnologie. Questi materiali provengono da 3 luoghi principali, il primo dei quali sono le aziende di stampa 3D che entrano nella stampa 3D ceramica per la prima volta. Ad esempio, Boston Micro Fabrication, che si concentra sulla micro stampa 3D con la loro tecnologia di micro-stereolitografia a proiezione, ha rilasciato una resina di allumina ad alta temperatura per componenti in microceramica.

L'altra fonte di nuovi materiali ceramici per la stampa 3D proviene da aziende chimiche o di materiali; in particolare, queste aziende erano minimamente coinvolte nella stampa 3D prima del rilascio di questi materiali. Per esempio, la divisione Green Polymer Additives della società americana Emery Oleochemical ha rilasciato un sistema di legante polimerico che può essere utilizzato per la stampa a estrusione di filamenti metallici o ceramici. Inoltre, GC Advanced Materials Solutions, che ha sede a Hong Kong, ha qualificato le polveri di silice e mullite che possono essere utilizzate con un legante polimerico (come quello sviluppato da Emery) per creare filamenti di ceramica per la stampa a estrusione.

L'ultima fonte di nuovi materiali è arrivata attraverso partnership strategiche. La prima è stata tra AGC Chemicals e il produttore di stampanti a getto di legante voxeljet. AGC aveva precedentemente prodotto un additivo di silice per la stampa 3D, ma questa era la loro prima ceramica tecnica sviluppata per la stampa 3D. Le due aziende hanno lavorato insieme per creare Brightorb, una polvere ceramica ad alte prestazioni specifica per gli stampi e i gusci di microfusione.

La seconda partnership è stata tra la start-up di compositi Fortify e Tethon 3D, una società specializzata in materiali ceramici per la stampa 3D. Hanno sviluppato resine di allumina ad alta purezza e silicato di alluminio per le stampanti FLUX CORE di Fortify, che sono fatte per gestire resine fotopolimeriche riempite. Le due aziende intendono sviluppare resine ceramiche più tecniche in futuro.

Ciò che è particolarmente degno di nota in questi rilasci di materiali sono le aziende che li rilasciano. A parte voxeljet e Tethon 3D, nessuna delle aziende menzionate si è dilettata nella stampa 3D in ceramica prima. Questo potrebbe prefigurare un'espansione del campo della stampa 3D in ceramica nel prossimo futuro, qualcosa che IDTechEx osserverà nel 2022.

Compositi: Partenariati degni di nota che spingono in avanti la stampa 3D dei compositi

Negli ultimi anni, c'è stato un certo numero di partnership formate per spingere avanti lo sviluppo della tecnologia, lo sviluppo dei materiali e l'adozione della stampa 3D in materiale composito. La formazione di partnership è continuata senza sosta nel 2021, soprattutto con un'enfasi sulle collaborazioni per lo sviluppo dei materiali.

Come accennato in precedenza, la partnership Braskem e Vartega è solo una di queste grandi partnership di stampa 3D di materiali compositi per lo sviluppo dei materiali.

In primo luogo, il fornitore di materiali Solvay ha stretto una partnership con la start-up svizzera 9T Labs. 9T Labs ha creato un sistema di stampa composito ibrido che combina la stampa 3D con lo stampaggio, e la partnership con Solvay mira a sviluppare il portafoglio di materiali Solvay come CF-PEEK, PA rinforzato con CF e CF-PPS per le stampanti 9T Labs.

La seconda partnership è tra la multinazionale giapponese Ricoh e Impossible Objects, che è una start-up che produce compositi attraverso la laminazione di fogli. La laminazione di fogli è una tecnologia AM molto di nicchia in cui operano pochissime aziende. Alcune di quelle che lo facevano hanno ora interrotto i loro prodotti di laminazione, come EnvisionTEC, o hanno chiuso, come Solido.

Impossible Objects spera di far rivivere la tecnologia attraverso la sua tecnologia Composite-Based AM (CBAM), che sta espandendo in Europa attraverso il service bureau AM di Ricoh Europe, che ora includerà la tecnologia. La partnership Ricoh/Impossible Objects non è stata l'unica formata nel 2021 per la start-up CBAM. Nel maggio 2021, Impossible Objects ha annunciato una collaborazione con Owens Corning per sviluppare compositi in fibra di vetro per la stampa 3D. L'obiettivo della partnership è quello di scalare la tecnologia CBAM per applicazioni ad alta resistenza e ad alto volume.

Una somiglianza notevole è che tutte le partnership menzionate coinvolgono materiali consolidati o società tecnologiche come Solvay, Ricoh, e Owens Corning che collaborano con le prossime start-up. Poiché più grandi aziende continuano ad esplorare il potenziale di espansione nella stampa 3D, è probabile che si assista alla formazione di più di questi tipi di partnership, che IDTechEx monitorerà nel 2022.

Metalli: Momento crescente per l'estrusione di metalli legati?

L'estrusione di metallo legatoBME) (conosciuta anche come estrusione di filamenti di metallo-polimero, o MPFE) ha ricevuto un sacco di stampa 3D negli ultimi anni, mentre i leader di mercato Desktop Metal e Markforged accelerano la loro espansione con fusioni e acquisizioni SPAC. BME si riferisce all'estrusione di filamenti polimerici caricati con polveri metalliche; dopo la stampa, le parti BME subiscono il debinding (per rimuovere il polimero che lega la polvere metallica in un filamento) e la sinterizzazione (per densificare completamente la parte metallica). Da un punto di vista tecnologico, il 2021 ha visto non solo il continuo supporto e sviluppo dei sistemi BME da parte degli attori principali, ma anche nuove aziende che sono entrate in questo spazio con i loro sistemi BME.

All'inizio del 2021, Desktop Metal ha lanciato lo Studio System 2, una versione aggiornata della sua originale stampante BME da tavolo, lo Studio System. Lo Studio System 2 ha notevolmente eliminato la fase di deceraggio con solvente normalmente richiesta per la BME grazie allo sviluppo di nuove formulazioni di materiale per lo Studio System 2. Questo riduce significativamente il tempo di post-elaborazione necessario per le parti realizzate con BME, aumentando così l'efficienza potenziale della tecnologia. Markforged ha anche annunciato il rilascio del suo sistema BME di prossima generazione, il Metal X Gen 2, anche se la principale innovazione di questa versione è legata al software.

Tuttavia, mentre i leader del mercato hanno fatto mosse notevoli, ciò che è particolarmente interessante per la tecnologia è il numero di aziende che rilasciano stampanti BME nel 2021, con la maggior parte che le lancia al Formnext 2021. Ad esempio, il produttore spagnolo di stampanti BCN3D ha annunciato un "Metal Pack" che può essere collegato alla loro linea di stampanti Epison per consentire l'estrusione del filamento metallico Ultrafuse di BASF. Inoltre, 3DGence ha annunciato la sua linea ELEMENT di stampanti BME, che non utilizzerà il filamento Ultrafuse di BASF a favore dei propri filamenti metallici. La start-up belga FuseLab ha debuttato la propria stampante BME in grado di stampare sia metalli che polimeri, con doppio estrusore, un sistema di filamento aperto e una camera riscaldata. Con tutti questi nuovi ingressi nella BME nel 2021, IDTechEx monitorerà se il settore prenderà ancora più piede nel 2022.

Per il portafoglio completo della ricerca 3D disponibile da IDTechEx, visitate www.IDTechEx.com/Research/3D.

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