Überblick
Die steigende Nachfrage nach leichten Zusatzkomponenten im Automobil- und Verteidigungssektor sowie die zunehmende Tendenz zur Herstellung komplexer Designs mit kurzen Produktionszykluszeiten dürften eine Schlüsselrolle bei der Ausweitung der Marktreichweite der additiven Fertigung auf globaler Ebene spielen. Darüber hinaus wird es immer wichtiger, die Gesamtbetriebskosten (TCO) im Fertigungssektor zu senken. Mit der zunehmenden Nutzung der additiven Fertigung weltweit erweitern große Unternehmen ihre Produktionskapazitäten in verschiedenen Ländern, um ihre Präsenz für diese Produkte auf dem Markt zu stärken.
Die Vorteile, die die additive Fertigung verschiedenen Käufersegmenten bietet, die einfache Anpassung und die Massenproduktion mithilfe der additiven Fertigung werden voraussichtlich neue Marktchancen eröffnen. Der technologische Fortschritt im Gesundheitssektor in Verbindung mit unterstützenden staatlichen Mitteln zur Förderung der additiven Fertigung dürfte den Markt für die wichtigsten Branchenteilnehmer weiterhin optimistisch halten. Allerdings werden Probleme im Zusammenhang mit Materialverfügbarkeit, -entfremdung, -validierung und -standardisierung voraussichtlich das Marktwachstum behindern.
Was ist additive Fertigung?
Additive Fertigung (AM) unterscheidet sich von der subtraktiven Fertigungsmethode, bei der unnötiges Material aus einem Materialblock herausgeschliffen wird. Die Verwendung von additiver Fertigung in industriellen Anwendungen bezieht sich normalerweise auf 3D-Druck. Dabei wird Material schichtweise angesammelt, um mithilfe einer 3D-Druckausrüstung und -software ein Objekt zu formen, wobei auf eine dreidimensionale Datei Bezug genommen wird. Je nach Anwendung wird aus dem verfügbaren Satz von Technologien eine geeignete additive Fertigungstechnologie ausgewählt.
Anwendungsszenario
Mit der Entwicklung neuer Fahrzeuge steigt die Nachfrage der Kunden, und auch die Ansprüche an Design und Komfort steigen. Verschiedene Sicherheitsmaßnahmen und Vorschriften verschiedener Regierungen haben das Gewicht von Automobil- und Luftfahrtkomponenten erhöht. Daher steigt mit der Gewichtszunahme der Kraftstoffverbrauch für die ordnungsgemäße Funktion. Um die Nachfrage zu erfüllen und den Kraftstoffverbrauch auszugleichen, müssen Design und Produkt also komplex und leicht sein. Dies kann durch das Potenzial additiver Fertigungstechnologien wie der faserverstärkten additiven Fertigung (FRAM) erreicht werden. Beispielsweise wird das Chassis eines Rennwagens mithilfe von FRAM mit einer Matrix aus Kurzfasern und Langfasern, verstärkt mit Kohlenstofffasern, generativ entworfen und hergestellt, was im Vergleich zum Metallchassis leicht ist. Dies hilft bei der Regulierung der Aerodynamik des Autos, was wiederum zu einer Beschleunigung und einem geringeren Kraftstoffverbrauch beiträgt.
Um das Ziel leichter Fahrzeuge und anderer Automobil- und Luftfahrtkomponenten zu erreichen, haben verschiedene additive Fertigungsindustrien bestimmte Technologien und Materialien entwickelt, die ständig auf den Markt kommen. Ein Beispiel für eine solche Entwicklung ist die Kombination von Materialextrusion (MEX) in Form von Fused Layer Modeling (FLM) von Kunststofffilamenten mit Verstärkung durch kurze und lange Fasern.
Darüber hinaus erfordert der Luft- und Raumfahrtsektor zahlreiche miteinander in Wechselwirkung stehende technische und wirtschaftliche Ziele hinsichtlich der Funktionserfüllung, die zu Zeitersparnissen, einer Reduzierung des Fluggewichts, einem Kostenmanagement und der Lieferung sicherheitskritischer Komponenten führen. Additive Fertigungstechnologien verwenden im Gegensatz zur herkömmlichen traditionellen Fertigung eine schichtweise Fertigung auf der Basis von typischem Pulver oder Draht und Materialien wie Kunststoffpolymer, das leichter ist und die Leichtbauweise der Triebwerke und Komponenten von Flugzeugträgern ermöglicht.
Die additive Fertigung hat die Geschwindigkeit des Designprozesses deutlich erhöht. Gleichzeitig kann es bei der herkömmlichen Fertigung bis zu mehreren Monaten dauern, bis die notwendigen Werkzeuge für die Herstellung von Endteilen und Prototypen hergestellt sind. Die Automobil- und Luftfahrtindustrie hat die additive Fertigung als vorteilhaft empfunden, da sie teure und zeitaufwändige Werkzeuge vermeidet.
Auch die Luft- und Raumfahrtindustrie hat den 3D-Druck für die Herstellung frei geformter, optimierter Objekte entdeckt. Das bedeutet, dass das Gewicht eines Teils durch additive Fertigung effektiv reduziert werden kann, was Materialkosten und Produktionszeit spart. Durch den Einsatz moderner Designtools konnten Ingenieure die Anzahl der Komponenten, die bei herkömmlichen Verfahren verwendet werden, durch additive Fertigung auf nur eine reduzieren und so den Montageprozess komplexer Designs erheblich vereinfachen.
Darüber hinaus werden Technologien wie Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) und Direct Energy Deposition (DED) häufig zur Reparatur funktionsfähiger Militärausrüstung im Verteidigungssektor eingesetzt. Diese Technologien helfen bei der Wiederherstellung und Reparatur abgenutzter Oberflächen von Turbinenschaufeln und High-End-Geräten. Obwohl Ersatzteile manchmal nicht mehr vorrätig sind, sind 3D-Scantechniken sehr hilfreich, um ein verfügbares Teil zurückzuentwickeln, das mithilfe des 3D-Drucks problemlos reproduziert werden kann.
Jede Branche kann von leichten Teilen und Komponenten profitieren, da sie Materialkosten und Energieverbrauch senken. Im Automobilsektor ist die Verwendung von Leichtbauteilen bei der Fahrzeugherstellung jedoch von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus erreichen Elektrofahrzeuge im Allgemeinen nicht die gleichen Spitzengeschwindigkeiten wie Verbrennungsmotoren. Durch die Gewichtsreduzierung von Elektrofahrzeugen wird die Effizienz des Motors voraussichtlich verbessert und kann dazu beitragen, die Lücke zwischen den beiden Fahrzeugtypen zu schließen.
USP der additiven Fertigung
Die additive Fertigung hat sich als leistungsstarke Technologie erwiesen, die Produktionsprozesse in verschiedenen Endverbraucherbranchen revolutioniert. Additive Fertigungstechnologien sind praktisch und zuverlässig und wurden in den letzten Jahren effizient eingesetzt. Additive Fertigungstechnologien mit 3D-Druckern ermöglichen es Unternehmen, sofort die benötigten Werkzeuge zu erhalten, ohne von einem anderen Lieferanten abhängig zu sein, da sie mit 3D-Druckern Teile sofort entwerfen und anpassen können, ohne dass umständliche Werkzeuge oder Formänderungen erforderlich sind. Dies trägt auch dazu bei, die Versandkosten zu senken und Zeit zu sparen, wenn Ersatzteile für Renovierungen wie bei Rennwagen benötigt werden.
Branchen wie die Luft- und Raumfahrt und die Verteidigung sind einige der anderen Branchen, die additive Fertigungsprodukte aufgrund ihrer Leistung nutzen. Flugzeugteile werden durch additive Fertigungsprodukte verwendet, die leicht sind und rauen Umgebungsbedingungen standhalten. Da weniger Material benötigt wird und Materialien schichtweise geformt werden, nutzt die Luft- und Raumfahrtindustrie dies als Vorteil zur Gewichtsreduzierung und Abfallvermeidung, was für die Herstellung von Luft- und Raumfahrtteilen für große Unternehmen sehr wichtig ist.
Darüber hinaus ist die Verwendung von additiven Fertigungsprodukten angesichts der rasanten Fortschritte und Innovationen in der Medizinbranche für Ärzte, Patienten und Forschungseinrichtungen von großem Vorteil. Durch die funktionale Prototypenkonstruktion mithilfe additiver Fertigungstechnologien konnte ein flexibles Design verschiedener lebensrettender Instrumente für chirurgische und Studienzwecke, Instrumente für zahnärztliche Eingriffe, präoperative Modelle für CT-Scans, kundenspezifische Säge- und Bohrführungen, Gehäuse und Spezialinstrumente erstellt werden.
Darüber hinaus sind zahlreiche andere Branchen auf additive Fertigungstechnologien angewiesen, um schnelle und anpassbare Designs von 3D-Druckern zu erhalten. Additive Fertigungstechnologien beschleunigen die Produktion und erfüllen die Nachfrage nach unterschiedlichen Designprodukten in unterschiedlichen Formen und Designs mit Realismus und Funktionalität. Zu den Endverbrauchern zählen unter anderem Elektronikhersteller und Architekturmodelldesigner.
Die einfache Anpassung veranlasst Käufer dazu, mehr für die additive Fertigung auszugeben
Da Unternehmen standardisierte und generische Produkte mit dem gleichen Design und Muster wie in der Massenproduktion herstellen, besteht eine Nachfrage nach maßgeschneiderten Produkten, bei denen jeder Kunde ein anderes Individuum ist und sein persönliches Design oder Produkt nach seinen Vorlieben verwendet.
Die additive Fertigung ermöglicht im Gegensatz zur traditionellen Fertigung eine individuelle Anpassung ohne zusätzliche Kosten und erfordert keine zusätzlichen Formen oder Werkzeuge für den Designprozess. Es wird lediglich ein 3D-Prototypdesign benötigt und der Kunde kann es selbst erstellen. Aufgrund der einfachen Anpassung und der schnellen Produktion besteht eine hohe Nachfrage nach additiver Fertigung. Darüber hinaus kann der Einsatz von AM-Technologien (Additive Manufacturing) den Verbrauchern ein einzigartiges Kauf- und Verbrauchererlebnis bieten, das ihnen im Vergleich zu dem Gegenstück, das keine Personalisierung bietet, ein Gefühl der Zugehörigkeit und Verbraucherzufriedenheit vermittelt.
So hat beispielsweise der in Deutschland ansässige Automobilhersteller BMW seinen Kunden die Möglichkeit gegeben, bei der BMW MINI-Serie bestimmte Teile wie Türgriffe oder Teile der Seitenplatten über den Online-Shop des Unternehmens individuell zu gestalten. Der Kopfhörerhersteller NORMAL wiederum hat es seinen Kunden ermöglicht, ihre Kopfhörer nach ihrer eigenen Kreativität zu gestalten, indem er Apps herunterlädt. Anschließend werden die Kunden mit ihren eigenen, individuell angepassten Ohrhörern beliefert.
Die herkömmlichen Herstellungsverfahren für Komponenten basieren auf der Verwendung von Ressourcen mit hoher Kapazität in Kombination mit Steuerelementen, um ein extrem hohes Maß an Präzision zu erreichen. Traditionelle Herstellungsverfahren können jedoch die Vorteile der additiven Fertigung nicht übertreffen. Darüber hinaus können mit der additiven Fertigung komplizierte Designs erstellt werden, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nur schwer zu erreichen wären. Die Funktionalität und Präzision der additiven Fertigung sind viel höher als bei herkömmlichen Herstellungsverfahren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Herstellungsverfahren können die Produktionszeiten bei der additiven Fertigung von Wochen auf Tage verkürzt werden. Maschinen für die additive Fertigung können kontinuierlich drucken und erfordern nur minimale Überwachung. Dies ermöglicht es dem Hersteller, nach einem „Just-in-Time“-Prinzip zu arbeiten, indem er die benötigte Menge produziert und die Verschwendung von Geld und Lagerraum für überschüssige Lagerbestände vermeidet.
Darüber hinaus bieten die vielfältigen Verfahren der additiven Fertigung verschiedene Produktionsvorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungsverfahren. Daher wird erwartet, dass die einfache Herstellung komplexer und kundenspezifischer Designs mit kurzen Produktionszyklen den globalen Markt für additive Fertigung ankurbeln wird.
Brennende Themen: Auf einen Blick
Die hohen Kosten der Ausrüstung und der begrenzte Zugang zu Fachleuten für additive Fertigung dürften einige der Faktoren sein, die den Anwendungsbereich der additiven Fertigungstechnologie in den nächsten Jahren wahrscheinlich einschränken werden. Die Kosten für Ausrüstung für die additive Fertigung liegen im Bereich von 300.000 bis 1,5 Millionen USD. Darüber hinaus liegen die Preise für industrielle Verbrauchsmaterialien im Bereich von 100 bis 150 USD pro Stück. Infolgedessen werden die arbeitsintensiven Fertigungsunternehmen wahrscheinlich davon absehen, solche Fertigungstechnologien für ihre eigene Produktion zu verwenden.
Die additive Fertigung gilt als Retter in der Produktion komplexer Designs. Sie hat jedoch immer noch gewisse Einschränkungen, die ihr Marktwachstum weiter behindern. Die additive Fertigung gilt als ideal für die Herstellung von Prototypen und komplexen Teilen oder Designs, die Herstellung großer Einzelteile ist jedoch immer noch kompliziert.
Additive Fertigung nutzt das Pulverbettfusionsverfahren (PBF) mit Laser, um komplexe und komplizierte Formen sowie organische Strukturen zu erzeugen. Diese Formen galten als zu teuer oder zu komplex für die Herstellung mit herkömmlichen Fertigungsverfahren. Beispielsweise könnte Laser-PBF zur Herstellung von Leichtbauteilen eingesetzt werden, um die kompliziertesten Gitterstrukturen zu gewährleisten und so eine effiziente Materialnutzung zu ermöglichen.
Positive Aussichten für den Gesundheitssektor
Die Entwicklung der Digitalisierung medizinischer Bildgebung und diese Digitalisierung ermöglicht die Rekonstruktion von 3D-Modellen aus der Anatomie des Patienten. Der typische Arbeitsablauf des personalisierten medizinischen Geräts beginnt mit der Abbildung oder Erfassung der anatomischen Geometrie des Patienten mithilfe computergestützter 3D-Scanmethoden. Diese Daten können zum Drucken von 3D-Modellen der Anatomie eines Patienten oder zur Herstellung personalisierter Geräte oder Implantate verwendet werden.
Es gibt verschiedene medizinische Anwendungen der additiven Fertigung im medizinischen Sektor, darunter medizinische Modelle, Implantate, Werkzeuge, Instrumente und Teile für medizinische Geräte, medizinische Hilfsmittel, Stützführungen, Schienen und Prothesen sowie Biofertigung, um nur einige zu nennen. Die medizinischen Modelle basieren beispielsweise auf der Anatomie der Patienten und werden für die prä- und postoperative Planung sowie für die Ausbildung von Medizinstudenten und zur Information von Patienten und Patientenfamilien verwendet. Die Modelle können für einen bestimmten interessanten Bereich verwendet werden. Medizinische Modelle werden häufig für den kraniokillofazialen Bereich, die Gliedmaßen, das Becken und andere Knochenstrukturen verwendet. Diese medizinischen Modelle werden durch Prototypendesign in einem 3D-Drucker hergestellt, wobei der Arbeitsablauf des Designs und die Abmessungen durch Röntgenstrahlen, CT-Scans und MRT und viele andere Scanmethoden ermittelt werden.
Das „Standalone“-Segment dominierte den Markt aufgrund der Verfügbarkeit technologisch fortschrittlicher Standalone-3D-Druckgeräte sowie der verstärkten Forschung und Entwicklung durch wichtige Marktteilnehmer in Vorbereitung auf die Veröffentlichung fortschrittlicher Standalone-Systeme. Data Bridge Market Research analysiert, dass der Markt für 3D-Druck im Gesundheitswesen im Prognosezeitraum von 2022 bis 2029 voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 22,8 % wachsen wird.
Weitere Informationen zur Studie finden Sie unter https://www.databridgemarketresearch.com/de/reports/global-healthcare-3d-printing-market
Andererseits werden Implantate direkt und indirekt additiv hergestellt, um defektes oder fehlendes Gewebe zu ersetzen, und dazu gehören auch zahnmedizinische Anwendungen wie Kronen und Brücken. Das Material sollte mit dem Gewebe kompatibel sein. Die additive Fertigung ist eine günstige Lösung, die dem medizinischen Modell ähnelt. Durch additive Fertigungstechnologien können wir durch digitalen 3D-Druck ein individuelles und personalisiertes Implantat herstellen, das patientenspezifische Anpassungen bietet.
Data Bridge Market Research analysiert, dass der Markt im oben genannten Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 4,21 % wachsen wird. Die zunehmende Verbreitung von Epilepsie, Herzerkrankungen und Parkinson ist der entscheidende Faktor, der den Markt für mikroelektronische medizinische Implantate antreibt.
https://www.databridgemarketresearch.com/de/reports/global-microelectronic-medical-implants-market
Es wird erwartet, dass die Staatsausgaben die Marktbewegung ankurbeln
Additive Fertigung gilt als eine der potenziellen Kategorien, in denen Unternehmen die Fertigungs- und Industrieproduktionslandschaft durch digitale Prozesse, Kommunikation und Bildgebung revolutionieren. Da die Regierungen verschiedener Länder das Potenzial dieses Sektors und seinen möglichen Beitrag zur Volkswirtschaft verschiedener Länder erkannt haben, entwickeln sie unterschiedliche Strategien zur Unterstützung und Förderung der additiven Fertigung in verschiedenen Sektoren.
So haben beispielsweise die Regierungen Chinas, der USA und Russlands das Vertrauen der Nutzer in fortschrittliche Technologien durch die Einführung und Entwicklung einer Anwendung für militärische Zwecke gestärkt. So hat die Abteilung für additive Fertigung des Marine Corps den größten 3D-Betondrucker entwickelt, der in der Lage ist, eine 500 Quadratmeter große Kasernenbaracke in nur 40 Stunden zu drucken. Auf der anderen Seite hat das National Institute of Standards and Technology (NIST) des US-Handelsministeriums Zuschüsse in Höhe von 3,7 Millionen US-Dollar vergeben, um durch messtechnische wissenschaftliche Forschung aktuelle und zukünftige Hindernisse für die weit verbreitete Einführung der additiven Fertigung auf Metallbasis zu beseitigen.
Abschluss
Additive Fertigung hat sich als eines der wichtigsten Werkzeuge erwiesen, das nicht nur die Gesamtbetriebskosten von Fertigungsunternehmen senkt, sondern auch die strukturellen Eigenschaften von Komponenten verbessert. Die positiven Aussichten für den Fertigungssektor in Entwicklungsländern wie China und Indien sowie hohe F&E-Ausgaben in den Bereichen Automobil, Luftfahrt und Gesundheitswesen dürften den Branchenteilnehmern, die entlang der Wertschöpfungskette der additiven Fertigung tätig sind, Hoffnungen machen. Es wird jedoch erwartet, dass die Unternehmen der additiven Fertigung ihre Ausgaben erhöhen werden, um die Kosten für die Bereitstellung ihrer Produkte für ihre Kunden zu senken und gleichzeitig ihre Käuferbasis zu erweitern, um die Bekanntheit der fertigen Produkte oder Angebote in naher Zukunft zu steigern.
Laut einer Analyse von Data Bridge Market Research wächst der Markt im Prognosezeitraum von 2023 bis 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 20,9 % und dürfte bis 2030 ein Volumen von 91.853,88 Millionen US-Dollar erreichen. Der wichtigste Wachstumsfaktor für den Markt für additive Fertigung ist die steigende Nachfrage nach Leichtbauteilen aus der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
Um mehr über die Studie zu erfahren, https://www.databridgemarketresearch.com/de/reports/global-additive-manufacturing-market
