A evolução do mercado de materiais de impressão 3D:tendências e oportunidades em 2019

O mercado de materiais de impressão 3D está crescendo rapidamente. A demanda está aumentando, com mais empresas comprando hardware de manufatura aditiva (AM) e escalando seu uso de AM. Em 2019, o mercado de materiais AM é avaliado em $ 1,5 bilhão . Nos próximos cinco anos, espera-se que cresça e se torne uma oportunidade colossal de $ 4,5 bilhões.

Com essa oportunidade em mãos, os fornecedores de materiais, em particular as empresas químicas gigantes e produtores de metal, estão se tornando cada vez mais envolvidos na indústria. Ao lado do desenvolvimento de novos materiais, eles estão contribuindo fortemente para a industrialização da AM.

No artigo de hoje, vamos nos aprofundar em como o mercado de materiais de impressão 3D está evoluindo em 2019, o que as empresas o estão impulsionando e quais tendências estão moldando seu futuro.

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Polímeros são os materiais de impressão 3D mais usados ​​

Os polímeros continuam sendo o principal segmento de materiais de impressão 3D em termos de participação de mercado. De 2014 a 2018, 80,6% da receita global de materiais de impressão 3D veio de polímeros e atingiu US $ 3,4 bilhões em 2018. De acordo com uma pesquisa recente da Jabil com 308 usuários de impressão 3D, 74% usaram materiais poliméricos em 2018.

A alta demanda por polímeros não é surpreendente. As impressoras 3D de polímero têm a maior base instalada, pois são mais fáceis e baratas de adotar e operar.

Maior foco em termoplásticos de alto desempenho

Embora plásticos relativamente simples, como PLA e ABS, dominem o mercado de polímeros, há uma demanda crescente por materiais fortes e funcionais, que possam resistir a ambientes hostis e altas temperaturas. A indústria de impressão 3D está respondendo a essa tendência desenvolvendo termoplásticos de alto desempenho, como compósitos reforçados com carbono, ULTEM, PEEK e PEKK.




Esses materiais permitem que os fabricantes imprimam em 3D protótipos funcionais e até mesmo peças de uso final para uma variedade de aplicações industriais.

Em toda a indústria, as empresas químicas estão desenvolvendo cada vez mais esses materiais avançados, especificamente para uso em AM, incluindo Victrex, SABIC, Solvay e Evonik, para citar alguns. Muitos fabricantes de hardware de impressora 3D também estão trabalhando em estreita colaboração com essas empresas para adaptar o hardware de impressão 3D necessário para esses materiais. Por exemplo, Roboze, um fabricante italiano de impressoras 3D de extrusão, colaborou com a SABIC em um filamento de poliimida termoplástico amorfo, denominado EXTEM AMHH811F.

O novo material apresenta grande resistência a altas temperaturas, graças a uma capacidade de deflexão térmica de até 230 ° C. O material também possui uma transição vítrea de 247 ° C, que os sócios acreditam ser a mais elevada de qualquer material imprimível em 3D. Além disso, oferece excelentes propriedades retardantes de chamas, boa resistência química e mantém sua resistência mecânica em altas temperaturas.

O desenvolvimento de termoplásticos de alto desempenho é crucial para a industrialização da AM. Eles apóiam a transição da tecnologia de prototipagem para aplicativos avançados em setores críticos como médico e aeroespacial.

Por exemplo, a impressão 3D PEEK agora é usada para criar implantes específicos para cada paciente. Talvez uma grande oportunidade de crescimento na impressão médica PEEK 3D tenha encorajado a Evonik recentemente a investir na Meditool, uma start-up chinesa especializada em implantes PEEK impressos em 3D para cirurgia neurológica e espinhal.

O aumento de materiais compostos

Os materiais compostos são outra área de polímeros de alto desempenho que está apresentando um crescimento significativo.

Os compósitos são constituídos por uma matriz termoplástica e fibras de reforço. Atualmente, os compósitos para impressão 3D são reforçados com fibras de carbono, fibras de vidro ou fibras de Kevlar.

Esses materiais, disponíveis como pós, pelotas ou filamentos, geralmente apresentam fibras cortadas, embora a impressão de compostos de fibra contínua esteja sendo explorado mais e mais. Por exemplo, a Desktop Metal anunciou recentemente a impressora Fiber 3D capaz de reforçar materiais de náilon, PEEK e PEKK com fibras de carbono contínuas.




Um relatório de análise SmarTech prevê que o mercado global de impressão 3D composta crescerá a uma CAGR de 22,3% nos próximos cinco anos. Isso indica uma oportunidade de alta geração de valor, à medida que os compósitos ganham ainda mais relevância em segmentos que vão além dos setores médico e aeroespacial para áreas de consumo, como automotivo de última geração, energia e transporte em geral.

O mercado de impressão 3D composta tem evoluído nos últimos 12 meses, com um número de materiais e aplicações crescendo significativamente. Por exemplo, a impressão 3D composta possibilitou o lançamento de um quadro de bicicleta impresso em 3D composto.

No início deste ano, a Continuous Composites se associou à Arkema, por meio da linha de negócios Sartomer da gigante química. A parceria verá a tecnologia de impressão 3D de fibra contínua (CF3D) patenteada da Continuous Composites, combinada com as soluções de resina fotocurável da Arkema, proporcionando assim novas opções para o composto de fibra contínua AM.

Em uma linha semelhante, a Sandvik criou o primeiro composto de diamante do mundo para impressão 3D. O compósito demonstrou dureza e condutividade térmica excepcionais, bem como baixa densidade, resistência à corrosão e boa expansão térmica. Materiais como este podem ser particularmente benéficos para aplicações espaciais.

Grafeno para impressão 3D Além da engenharia e dos plásticos compostos, a indústria está trabalhando para permitir a impressão 3D de materiais avançados baseados em grafeno.

O grafeno é um dos materiais mais fortes da Terra. Devido à sua alta condutividade elétrica e térmica, é procurado por diversos setores, desde a fabricação de baterias até a aeroespacial.

No mês passado, a Terrafilum, produtora de filamentos de impressão 3D, fez parceria com a XG Sciences, designer e fabricante de nanocompósitos de grafeno, para desenvolver materiais aprimorados com grafeno para impressão 3D por extrusão.

Além disso, pesquisadores do Laboratório Nacional de Virginia Tech e Lawrence Livermore têm desenvolvido uma nova maneira de imprimir objetos complexos em 3D, usando grafeno, desde 2016.

Anteriormente, os pesquisadores podiam apenas imprima este material em folhas 2D ou estruturas básicas. Agora eles desenvolveram um processo baseado em estereolitografia que pode criar pequenas (até 10 mícrons) estruturas 3D de grafeno.

Uma empresa, entretanto, conseguiu transformar o grafeno impresso em 3D em uma aplicação do mundo real. A empresa multinacional americana de engenharia, AECOM, usou a impressão 3D em grande escala do fornecedor do Reino Unido, Scaled, para criar um arco de sinalização de 4,5 m de altura para redes de transporte.

Usando um arco de grafeno que fica sobre trilhos de trem elimina a necessidade de conectar novos equipamentos digitais à infraestrutura existente.

O arco é produzido em um novo polímero reforçado com grafeno, que é fornecido pelo parceiro de materiais da Aecom, Versarien.

Apesar desse marco, o grafeno continua sendo um material muito desafiador para o 3D imprimir e também é caro e difícil de produzir. À luz disso, ainda estamos nos estágios iniciais da impressão 3D de grafeno - no entanto, o progresso até agora parece muito promissor.

O crescimento explosivo de materiais elastoméricos

Cada vez mais as empresas aplicam a impressão 3D em aplicações de consumo, médicas e industriais, que exigem propriedades suaves e flexíveis, mas resistentes e fortes. Essa demanda alimenta o crescimento do mercado de materiais flexíveis, como TPU e silicone.

Só nos últimos seis meses, houve vários anúncios sobre materiais flexíveis para impressão 3D.

Em julho, a empresa química global Huntsman apresentou sua linha de materiais IROPRINT AM macios e flexíveis para aplicações em calçados. Os materiais vêm em três formas - resina, pó e filamento - e podem ser usados ​​para produzir calçados, mangueiras e gaxetas, garras robóticas, vedações e outras aplicações semelhantes à borracha.

Então, a empresa química alemã Covestro, destacou uma nova aplicação para seu material TPU:palmilhas ortopédicas impressas em 3D.




TPU é o material de escolha para esta aplicação, graças à sua gama favorável de propriedades. Em particular, os produtos TPU da Covestro cobrem uma ampla faixa de dureza, que pode ser ajustada alterando a estrutura do design de uma palmilha. Isso significa que os fabricantes podem imprimir palmilhas de sapato que apresentam áreas de contato duro ou macio, obtendo personalização final. Além disso, a Dow, líder global na ciência do elastômero de silicone, lançou dois novos materiais de impressão 3D de borracha de silicone líquido. Recentemente, a empresa fez parceria com a Nexus Elastomer Systems e a German RepRap, para dar aos usuários de impressão 3D a capacidade de imprimir peças de borracha de silicone em 3D em cores.

A nova e colorida capacidade depende de uma combinação de três elementos principais:o material SILASTIC 3D 3335 LSR da Dow, a impressora alemã RepRap's Liquid Additive Manufacturing (LAM) 3D e um novo sistema de dosagem da Nexus Elastomer Systems. Com esta capacidade, os usuários podem adicionar uma gama de cores às suas impressões, sem alterar as características mecânicas ou o desempenho da peça.

Por fim, a EOS ampliou recentemente seu portfólio de materiais poliméricos com o lançamento de um novo pó flexível EOS TPU 1301. De acordo com a EOS, a EOS TPU 1301 oferece grande resiliência após deformação, ótima absorção de choque e estabilidade de processo muito alta. O material é particularmente adequado para aplicações em calçados, estilo de vida e automotivo - incluindo elementos de amortecimento, equipamentos de proteção e solas de sapatos.

Claramente, a disponibilidade de materiais flexíveis permite que as empresas desbloqueiem novas aplicações e se beneficiem da impressão 3D em muitos mais nichos.

Polímeros com propriedades retardantes de chamas

Há um forte impulso na indústria em direção a materiais com propriedades específicas, sendo o retardador de chamas uma delas.

Essa tendência é provavelmente impulsionada pela demanda de indústrias com rígidos requisitos de segurança contra incêndio, como transporte e eletrônicos, que estão começando a usar a impressão 3D em uma extensão maior.

Entre os desenvolvimentos recentes está o material retardador de chamas certificado UL Blue Card da DSM, Novamid AM1030 FR, para impressoras 3D de extrusão. O material foi desenvolvido a partir da tecnologia Novamid da DSM e é certificado como V0 (a queima para dentro de 10 segundos em uma amostra vertical) e V2 (a queima para dentro de 30 segundos em uma amostra vertical).

A DSM acredita que o nível de retardante de chama do material o torna adequado para aplicação nos setores automotivo e eletrônico.

Da mesma forma, Cubicure, Markforged e CRP Technology lançaram seus próprios materiais retardadores de chama. Os materiais da CRP Technology e Markforged também são compostos, o que os torna desejáveis ​​para uma série de aplicações industriais críticas. Acreditamos que o desenvolvimento de materiais poliméricos especializados continuará, à medida que as empresas encontrarem cada vez mais usos para a impressão 3D. Outra área que esperamos ter alto crescimento são os polímeros com maior resistência ultravioleta (UV), o que ajudará a impulsionar suas aplicações no setor automotivo.

Materiais cerâmicos

O mercado de cerâmica de impressão 3D talvez ainda não seja tão grande quanto o de polímero, no entanto, é igualmente empolgante. Espera-se que este mercado cresça de uma oportunidade de receita de $ 20 milhões em 2020 para mais de $ 450 milhões até 2029, de acordo com um relatório da SmarTech Analysis.

O relatório também destaca o fato de que o valor das peças de uso final, fabricadas com materiais cerâmicos técnicos ou tradicionais, deve impulsionar a demanda por hardware e materiais a médio e longo prazo.



Cerâmicas técnicas ou de alto desempenho, em particular, apresentam propriedades mecânicas avançadas, incluindo resistência muito alta, alta temperatura e resistência química. São materiais leves, já utilizados em diversos setores da manufatura avançada, do aeroespacial à eletrônica, muitos dos quais estão entre os primeiros a adotar as tecnologias AM.

No ano passado, a XJet Ltd., a empresa por trás da tecnologia NanoParticle Jetting (NPJ) para cerâmica e metais, adicionou um novo material cerâmico ao seu sistema AM:alumina. O novo material juntou-se à zircônia no portfólio de cerâmicas técnicas da XJet.

Em comparação com a zircônia, a alumina compartilha certas características, como maior grau de dureza e resistência, mas demonstra menor resistência ao desgaste, tornando-a mais fácil de usinar e refinar antes e depois da queima.

Embora a impressão 3D em cerâmica esteja ficando para trás em relação à impressão 3D de polímeros e metais, há um grande potencial para esta tecnologia e os materiais que a acompanham evoluírem nos próximos cinco a dez anos.

Materiais metálicos

Materiais de metal AM é um setor em crescimento. Em 2018, a receita de metais atingiu 390 milhões de euros, conforme relatado pela Ampower, e cresceu cerca de 41,9%, continuando uma sequência de crescimento de mais de 40% nos últimos cinco anos (Relatório Wohlers 2018). O número de empresas que adotam a impressão 3D em metal também está aumentando constantemente, aumentando a demanda por maior diversidade e qualidade de materiais.

A produção de pó metálico está aumentando

Como resultado desta demanda, mais e mais fornecedores de materiais estão se juntando à indústria, e aqueles que já se juntaram, estão aumentando suas capacidades de produção de metal.

Isso é especialmente comum para produtores de pó de metal, que procuram fornecer materiais para processos baseados em pó, como fusão seletiva a laser (SLM), fusão por feixe de elétrons (EBM), jato de aglutinante e deposição direta de energia em pó ( DED) - que atualmente apresentam forte trajetória de crescimento.

Um dos principais fabricantes mundiais de pós metálicos, a Höganäs AB, iniciou a construção de sua nova planta de atomização para a produção de pós metálicos de alta pureza para a indústria AM.

A nova fábrica localizada na Alemanha ajudará a Höganäs a aumentar sua participação de mercado no crescente segmento de impressão 3D. Os pós produzidos na fábrica serão comercializados globalmente, sob a marca Amperprint®. A marca Amperprint atualmente inclui níquel, cobalto e ligas de ferro.

Da mesma forma, o Liberty House Group, empresa controladora da Liberty Powder Metals do Reino Unido, está construindo uma instalação de desenvolvimento de metais em pó no Reino Unido.

A empresa espera que a instalação permita expandir seu alcance em metais e materiais especializados para AM. A planta incluirá recursos como atomizador de gás inerte de indução a vácuo (VIGA) e uma variedade de equipamentos de peneiramento, mistura, embalagem e analíticos.

Além disso, a Sandvik, desenvolvedora e produtora de materiais avançados, abriu sua nova fábrica para a produção de pós de titânio AM por atomização, na qual investiu cerca de 200 milhões de coroas suecas.

Os produtores de material metálico se expandem em toda a cadeia de valor da AM

Ao lado do aumento da produção de pó metálico, muitas empresas que fabricam materiais para impressão 3D em metal estão expandindo suas funções ao longo da cadeia de valor da AM. Alguns estão adquirindo estrategicamente outras empresas, enquanto outros estão reestruturando seus negócios.

Um grande exemplo disso é a empresa aeroespacial e automotiva britânica GKN. No início deste ano, sua subsidiária, GKN Additive, anunciou uma nova submarca, GKN Additive Materials, formada como resultado de uma fusão com a GKN Hoeganaes, o fabricante de pós de metal da empresa controladora.



Isso torna o GKN Additive, que também tem uma submarca, GKN Additive Componentes, um fornecedor de soluções totalmente pó-a-peça. Isso permite que a empresa combine o conhecimento dos processos e materiais AM sob o mesmo teto, resultando em um melhor entendimento de ambos os aspectos da tecnologia AM.

Para fortalecer ainda mais sua posição no mercado de AM, a GKN também adquiriu recentemente o provedor de serviços de impressão 3D com sede nos Estados Unidos, Forecast 3D. Embora a Forecast 3D seja especializada em impressão 3D de polímero, essa mudança permitirá que a GKN faça promoção cruzada de AM agora, tanto em metal quanto em plástico.

Com esta aquisição, a GKN, sediada no Reino Unido, poderá ter um maior alcance no mercado dos EUA e será capaz de explorar uma linha de negócios completamente nova, que é o polímero AM.

E a GKN não é o único exemplo de expansão para outras áreas da AM.

A sueca Sandvik também fez recentemente um movimento surpreendente ao adquirir uma participação de 30% no provedor italiano de serviços de impressão 3D de metal, Beam IT. De acordo com a empresa, esta mudança está em linha com a sua ambição estratégica de aumentar a sua presença na indústria transformadora em geral, uma presença que espera alcançar investindo em aditivos.

Novos materiais de metal para AM

Com todas essas atividades apontando para o estado saudável da indústria de metal AM, o indicador final de seu crescimento é o desenvolvimento contínuo de materiais. Os pós metálicos são notoriamente difíceis de desenvolver, quanto mais de certificar. No entanto, o progresso nesta área é contínuo.

Por exemplo, H.C. Starck Tantalum and Niobium GmbH, a subsidiary of JX Nippon Mining &Metals, has introduced a range of atomised tantalum and niobium (Ta/Nb) AM powders, under the AMtrinsic brand name.

Thanks to its high melting points, high corrosion resistance and high thermal and electrical conductivity, these materials would enable AM users to apply the technology in chemical processing, the energy sector and a range of high-temperature environments.

The AMtrinsic powders promise excellent flowability, high tap density, a ‘perfectly’ spherical shape and narrow particle size distribution – key characteristics for materials used in powder-bed fusion processes.

Furthermore, OxMet Technologies, an alloy development company located in the UK, has developed a range of high-strength and high-temperature nickel alloys, designed specifically for the AM process.

The new alloys are said to exhibit high strength up to 900° C. This is reportedly a significant performance improvement, as the strongest nickel alloy (Alloy 718) currently available for AM becomes unstable above 650° C, making it unsuitable for use in the most critical turbomachinery components.

In another example, Aeromet International, a UK-based foundry specialist, enhanced its patented A20X aluminium powder, so that it’s surpassed the Ultimate Tensile Strength (UTS) mark of 500 MPa. According to the company, this achievement makes the material one of the strongest aluminium AM powders commercially available.

To contribute to the idea of the circular economy, which is aimed at the continual use of resources, a microwave plasma technology specialist, 6K, has launched AM powders derived from sustainable sources.

The powders are produced using 6K’s unique UniMelt technology, which is capable of transforming machined millings, turnings and other recycled feedstock sources into premium powder for AM.

In the future, 6K plans to create powders from AM support structures and failed AM prints. The goal is to use 100 % of the materials that enter the supply chain, providing AM end-users with a new way to manage project costs and control supply chain, while also introducing greater sustainability in metal AM.

Materials:A crucial piece to the Additive Manufacturing puzzle

Materials play a critical role in making AM a true production technology. According to a recent survey by Jabil, 41 % of surveyed AM users believe that introducing better materials would make the greatest impact on encouraging the mass adoption of 3D printing for production.

And the industry is actively responding to the demand. Advanced polymers are being developed, as well as specialised metals. Material suppliers now understand far more about how to identify, optimise, manufacture and recycle materials for AM.

At the same time, we see more players branching into new areas of material development, be it composites, silicones or ceramics.

That said, high material costs remain one of the key bottlenecks to scaling the technology applications. Perhaps we’ll see material prices dropping soon, as the demand increases. However, this won’t happen overnight.

Ultimately, the 3D printing materials industry seems to be flourishing, driven by both large companies and niche start-ups. We’re assured that this upward trend will continue to shape the AM industry in the years to come.

Entrevista com especialista:Jan Tremel sobre como a Bosch está usando a impressão 3D em seu centro de competência AM ao redor do mundo:quão madura é a impressão 3D na região da Ásia-Pacífico?