Top story

3D Printing Day: relevante microtrends in de materiaalontwikkeling

Gastblog door IDTechEx analist Sona Dadhania

3 December is 3D Printing Day, de dag waarop internationaal wordt stil gestaan bij 3D printen. Het doel van de dag is meer aandacht te vragen voor de technologie en mensen bewust te maken van de mogelijkheden. Zo’n dag is een goed moment om naar de trends te kijken. IDTechEx Technology Analyst Sona Dadhania gaat in deze blog vooral op zoek naar relevante microtrends in de materiaalontwikkeling.


Door Sona Dadhania, IDTechEx

3D printen begon zijn weg naar herstel in 2021 na een moeilijk jaar in 2020, waarin de hele industrie de gevolgen van de COVID-19-pandemie voelde. Binnen dit jaar van herstel heeft IDTechEx de ontwikkeling en / of voortzetting van microtrends opgemerkt binnen elke belangrijke subspecialiteit voor 3D-printen:  polymeer,  keramiek,  composieten  additieve productie van metaal. In dit artikel identificeren en verklaren we de microtrends voor elke materiaalspecialiteit die de moeite waard zijn om in de gaten te houden tot in 2022.

Met een groeiend bewustzijn dat koolstofgebaseerde polymeren inherent niet duurzaam zijn, geven meer leveranciers en bedrijven van 3D-printmaterialen polymeren vrij voor 3D-printen met groene eigenschappen

Kunststoffen: duurzame 3D-printpolymeren komen op de markt

3D-printen is altijd beschouwd als duurzaam vanwege de verminderde verspilling in de productie in vergelijking met andere productietechnieken, zoals machinale bewerking. De meest populaire materialen zijn echter altijd op koolstof gebaseerde polymeren geweest, die inherent niet duurzaam zijn omdat ze zijn afgeleid van niet-hernieuwbare bronnen. Met een groeiend bewustzijn van deze realiteit, geven meer leveranciers en bedrijven van 3D-printmaterialen polymeren vrij voor 3D-printen met groene eigenschappen, zoals recycleerbaarheid en herbruikbaarheid; deze trend kwam in 2021 in volle gang als een andere benadering van duurzaamheid in 3D printen.

100% gerecycled koolstofvezel

Chemiebedrijf Braskem werkt bijvoorbeeld samen met materialenrecyclingbedrijf Vartega om een polypropyleenfilament te creëren dat 100% gerecycled koolstofvezel bevat. Deze filamentvrijgave maakt deel uit van een nieuw recyclingprogramma voor koolstofvezelfilamenten dat Braskem en Vartega lanceren. Het programma moedigt gebruikers van deze filamenten aanom ze op de juiste manier te recyclen. Een ander bedrijf dat een “groen” filament vrijgeeft, is Fillamentum, dat onlangs NonOilen lanceerde, een 100% biologisch afbreekbaar polymeerfilament. NonOilen, dat is samengesteld uit polymelkzuur (PLA) en polyhydroxybutyraat (PHB), is ook gemaakt van biobased polymeren  (wat betekent polymeren afgeleid van hernieuwbare bronnen).

Bluesint PA12
Met de Bluesint technologie van Materialise wordt SLS een pak duurzamer.

Materialise: Bluesint

Filamentfabrikanten zijn echter niet het enige type 3D-printgrondstof dat de duurzame behandeling krijgt. In 2021 lanceerde Materialise Bluesint PA 12, een 3D-printpoeder gemaakt van 100% hergebruikt poeder. Het doel van Bluesint PA 12 is om de verspilling van poeder bij selectieve lasersintering te verminderen, waardoor tot 50% van het poeder in het bed in afval verandert. IDTechEx gaat nauwlettend in de gaten houden of er in 2022 meer biologisch afbreekbare of recyclebare 3D-printpolymeren op de markt komen.

Keramiek: nieuwe materialen releases voorbode van een groeiende markt?

De overkoepelende trend voor keramisch 3D-printen  in 2021 was de lancering van een aantal nieuwe materialen voor verschillende technologieën. Boston Micro Fabrication, dat zich richt op micro-3D-printen met hun projectie micro-stereolithografietechnologie, heeft bijvoorbeeld een aluminiumoxidehars op hoge temperatuur vrijgegeven voor microkeramische componenten.

Keramisch filament voor extrudietechnologie

Een andere groep materialen komt van chemische of materiaalbedrijven, die voorheen minimaal betrokken waren bij 3D-printen. De Green Polymer Additives-divisie van het Amerikaanse bedrijf Emery Oleochemical heeft bijvoorbeeld een polymeerbindmiddelsysteem uitgebracht dat kan worden gebruikt voor het 3D printen van metaal- of keramische filamentextrusie. Bovendien heeft GC Advanced Materials Solutions, in Hong Kong, gekwalificeerde silica- en mullietpoeders die kunnen worden gebruikt met een polymeerbindmiddel (zoals het door Emery ontwikkelde bindmiddel) om keramische filamenten te maken voor extrusieprinten.

Stategische allianties

De derde groep nieuwe materialen kwam via strategische partnerschappen. De eerste was tussen AGC Chemicals en binder jetting printerfabrikant voxeljet. AGC had eerder een silica-additief voor 3D-printen geproduceerd, maar dit was hun eerste technische keramiek ontwikkeld voor 3D-printen. De twee bedrijven werken samen om Brightorb te creëren, een hoogwaardig keramisch poeder speciaal voor spuitgietmallen en -vormen. De tweede samenwerking is tussen composieten start-up Fortify en Tethon 3D, een bedrijf gespecialiseerd in keramische 3D-printmaterialen. Ze ontwikkelden zeer zuivere aluminiumoxide- en aluminiumsilicaatharsen voor de FLUX CORE-printers van Fortify, die zijn gemaakt om gevulde fotopolymeerharsen te verwerken. De twee bedrijven zijn van plan om in de toekomst meer technische keramische harsen te ontwikkelen.

Voorbode van  uitbreiding 3D keramiek printen?

Wat vooral opvalt aan deze materiaalreleases zijn de bedrijven die ze vrijgeven. Behalve voxeljet en Tethon 3D heeft geen van de genoemde bedrijven zich eerder beziggehouden met keramisch 3D-printen. Dit zou een voorbode kunnen zijn van een uitbreiding van het keramische 3D-printveld in de nabije toekomst, iets waar IDTechEx in 2022 op zal letten.

Composieten: opmerkelijke partnerschappen die composiet 3D-printen vooruit helpen

In de afgelopen jaren is een aantal partnerschappen gevormd om de technologische ontwikkeling, materiaalontwikkeling en acceptatie van composiet 3D-printen tebevorderen. De partnerschapsvorming ging in 2021 onverminderd door, vooral met de nadruk op samenwerkingen op het gebied van materiaalontwikkeling. Zoals al gezegd, is het partnerschap tussen Braskem en Vartega slechts een van deze grote composiet 3D-printpartnerschappen voor materiaalontwikkeling.

Solvay en T9: hybrideconcept

Daarnaast werkt materialenleverancier Solvay samen met de Zwitserse start-up 9T Labs. 9T Labs heeft een hybride composietprintsysteem gecreëerd dat 3D-printen combineert met vormen, en het Solvay-partnerschap heeft tot doel solvay’s materialenportfolio zoals CF-PEEK, CF-versterkte PA en CF-PPS voor 9T Labs-printers te ontwikkelen.

Opvallend is dat alle genoemde partnerschappen betrekking hebben op gevestigde materiaal- of technologiebedrijven zoals Solvay, Ricoh en Owens Corning die samenwerken met opkomende start-ups

Ricoh en Impossible Objects

De tweede samenwerking is tussen de Japanse multinational Ricoh en Impossible Objects, een start-up die composieten maakt door middel van plaatlamineren. Plaatlamineren is een zeer niche AM-technologie waar maar heel weinig bedrijven in opereren. Sommigen van degenen die vroeger plaatlaminatieproducten ontwikkelden, zoals EnvisionTEC, hebben deze stopgezet of zijn zelfs helemaal beëindigd, zoals Solido. Impossible Objects hoopt de technologie nieuw leven in te blazen via hun Composite-Based AM (CBAM) -technologie, die ze in Europa uitbreiden via ricoh Europe’s AM-servicebureau, dat de technologie zal opnemen. De samenwerking tussen Ricoh en Impossible Objects was niet de enige die in 2021 werd gevormd voor de CBAM-start-up. In mei 2021 kondigde Impossible Objects een samenwerking aan met Owens Corning om glasvezelcomposieten te ontwikkelen voor 3D-printen. Het doel van de samenwerking is om CBAM-technologie op te schalen voor toepassingen met een hoog volume.

Gevestigde partijen samen met startups

Een opvallende overeenkomst is dat alle genoemde partnerschappen betrekking hebben op gevestigde materiaal- of technologiebedrijven zoals Solvay, Ricoh en Owens Corning die samenwerken met opkomende start-ups. Naarmate meer grote bedrijven het potentieel voor uitbreiding naar 3D-printen blijven verkennen, zal het waarschijnlijk de vorming van meer van dit soort partnerschappen zien, die IDTechEx in 2022 zal volgen.

T9 Labs heeft in Solvay een partner gevonden om het 3D printen met composieten verder te ontwikkelen.

Metalen: toenemend momentum voor gebonden metaalextrusie?

Gebonden metaalextrusie (BME) (ook bekend als metaal-polymeer filamentextrusie of MPFE) heeft de afgelopen jaren veel aandacht in de media gekregen. Mede doordatmarktleiders Desktop Metal en Markforged hun expansie versnellen met SPAC-fusies en overnames in overvloed. BME verwijst naar de extrusie van polymeerfilamenten geladen met metaalpoeders; na het printen ondergaan BME-onderdelen debinding (om het polymeer te verwijderen dat het metaalpoeder in een filament bindt) en sinteren (om het metalen deel volledig te verdichten). Vanuit technologisch oogpunt zag 2021 niet alleen voortdurende ondersteuning en ontwikkeling voor BME-systemen van de belangrijkste spelers, maar ook nieuwere bedrijven die de ruimte betreden met hun eigen BME-systemen.

Desktop Metal: verbeterd Studio 2 systeem

Begin 2021 lanceerde Desktop Metal het Studio System 2, een verbeterde versie van de originele BME-printer op desktopniveau, het Studio System. Het Studio System 2 heeft met name de oplosmiddelbindingsstap geëlimineerd die normaal nodig is voor BME door de ontwikkeling van nieuwe materiaalformuleringen voor het Studio System 2. Dit vermindert de nabewerkingstijd die nodig is voor onderdelen die door BME worden gemaakt aanzienlijk, waardoor de potentiële efficiëntie van de technologie wordt verhoogd. Markforged kondigde ook de release aan van hun volgende generatie BME-systeem, de Metal X Gen 2, hoewel de belangrijkste innovatie met deze release software gerelateerd is.

De Belgische startup FuseLab heeft meteen de aandacht

FuseLab debuteert met eigen printen

Hoewel de marktleiders opmerkelijke stappen hebben gezet, is wat vooral interessant is voor de technologie het aantal bedrijven dat BME-printers in 2021 uitbrengt. De meeste hebben dit onlangs op Formnext 2021 gedaan. De Spaanse printerfabrikant BCN3D kondigde bijvoorbeeld een “Metal Pack” aan dat aan hun Epison-printerlijn kan worden bevestigd om extrusie van BASF’s Ultrafuse-metaalfilament mogelijk te maken. Daarnaast kondigde 3DGence hun ELEMENT-lijn van BME-printers aan, die het Ultrafuse-filament van BASF niet zullen gebruiken ten gunste van hun eigen metaalfilamenten. De in België gevestigde start-up FuseLab debuteerde met een eigen BME-printer die zowel metalen als polymeren kan printen, met dubbele extruders, een open filamentsysteem en een verwarmde kamer. Met al deze nieuwe toetreders tot BME in 2021 zal IDTechEx monitoren of het veld in 2022 nog meer vaart krijgt.

Voor het volledige portfolio van 3D-onderzoek beschikbaar bij IDTechEx kun je terecht op www.IDTechEx.com/Research/3D.

Foto: Admatec demonstreerde het 3D printen met technisch keramiek onlangs nog op de Precisiebeurs.

Back to top button
Gratis e-mailnieuwsbrief en kwartaalmagazine

Gratis e-mailnieuwsbrief en kwartaalmagazine

Schrijf je hier in voor de wekelijkse e-mailnieuwsbrief. Je ontvangt dan tevens vier keer per jaar het magazine, digitaal of print. 

You have Successfully Subscribed!