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Quão madura é a sua indústria na adoção da impressão 3D? [Infográfico]


[Crédito da imagem:EOS]

A impressão 3D agora está sendo usada em muitas indústrias para prototipagem, desenvolvimento de produtos e produção. Do automotivo à construção, as indústrias estão adotando a impressão 3D para impulsionar a transformação digital, beneficiando-se de prazos de entrega mais rápidos, maior liberdade de design e manufatura digital.

No entanto, muitas empresas permanecem hesitantes em adotar a impressão 3D, muitas vezes por falta de compreensão de como a tecnologia está sendo usada atualmente em seu setor e pela incerteza sobre se é o momento certo para investir .


A adoção da impressão 3D em todos os setores


Para ajudar as empresas a entender melhor como a impressão 3D está evoluindo entre os setores, elaboramos um Gráfico de Maturidade destacando 8 setores-chave. Confira nosso infográfico abaixo:


Clique aqui para ampliar o infográfico

O gráfico é dividido em quatro estágios principais de adoção, que descrevemos a seguir.











O nível de adoção da impressão 3D varia muito entre os diferentes setores. A seguir, exploramos o estado da tecnologia nas 8 principais indústrias que a adotam e como será o futuro da impressão 3D para cada setor.

Aeroespacial



Estágio :Early mainstream

A indústria aeroespacial é uma das primeiras a adotar a impressão 3D, com o primeiro uso da tecnologia remontando a 1989. Em 20202, a indústria aeroespacial representa 16,8% do aditivo de US $ 10,4 bilhões mercado de manufatura, contribuindo fortemente para os avanços contínuos da indústria. Claramente, a indústria aeroespacial é uma das indústrias mais maduras para a impressão 3D. Aqui, a tecnologia agrega valor às aplicações de prototipagem e ferramentas e ainda mais à produção de peças finais.

Alguns dos maiores participantes da indústria, incluindo GE, Airbus, Boeing, Safran e GKN, implementaram tecnologias de impressão 3D de última geração, especialmente para metal, em seus processos de produção.

Um caso em questão é o jato bimotor 777X da Boeing, que voou pela primeira vez com seis peças impressas em 3D dentro de seus motores GE9X no início deste ano. Entre essas peças estão os conhecidos bicos de combustível impressos em 3D da GE, bem como outras peças, como sensores de temperatura, misturadores de combustível e peças maiores, como trocadores de calor e separadores.

Além da impressão de uso final peças, a indústria aeroespacial está contribuindo fortemente para promover a industrialização da impressão 3D. Alguns dos esforços notáveis ​​incluem as atividades de padronização e iniciativas de pesquisa em andamento.

Por exemplo, a Boeing se associou à Oerlikon para padronizar a impressão 3D de titânio para aplicações aeroespaciais em fevereiro de 2018, enquanto a SAE International emitiu quatro padrões diferentes para impressão 3D na indústria aeroespacial em 2018.

Quando a indústria começa a falar sobre padronização, é um claro indicador de que uma tecnologia está deixando de ser exótica para se tornar uma manufatura de rotina.

Ao olhar para o crescimento projetado da impressão 3D na indústria aeroespacial, os relatórios de mercado prevêem um CAGR entre 17,5% e 20,24% nos próximos cinco anos. Esses números sugerem que o uso da tecnologia continuará a proliferar, à medida que as empresas aeroespaciais estão encontrando novos casos de uso e aprofundando sua experiência em impressão 3D.

Resumindo

As empresas aeroespaciais são alguns dos usuários mais avançados da impressão 3D. Eles não apenas incorporam a impressão 3D na produção, mas também contribuem para os esforços de padronização. Com mais aeronaves incorporando peças impressas em 3D a bordo, a tecnologia atingiu claramente o estágio inicial de adoção.

Médico



Estágio :A impressão 3D inicial ganhou força significativa na indústria médica, expandindo a oportunidade de fornecer atendimento personalizado, produzir dispositivos médicos personalizados e modelos pré-cirúrgicos.

De acordo com um relatório da empresa de pesquisa de mercado SmarTech, o mercado de impressão 3D médica, incluindo materiais, serviços, software e hardware, está estimado em US $ 1,25 bilhão. Em 2027, esse número deve crescer para US $ 6,08 bilhões.

Na impressão 3D médica, os três segmentos principais serão ortopedia, cirurgia personalizada e dispositivos médicos.

A Ortopedia representa uma das maiores oportunidades de crescimento. A SmarTech prevê que haverá mais de 1 bilhão de implantes impressos em 3D em metal até 2021.

Um dos principais impulsionadores desse crescimento é a capacidade de usar a impressão 3D para criar implantes ortopédicos superiores. Esses implantes apresentam estruturas de malha complexas, o que permite melhor crescimento ósseo e, em última análise, melhores resultados de tratamento. Além disso, a impressão 3D está bem posicionada para se tornar o principal processo digital na fabricação de modelos dentais, alinhadores ortodônticos, restaurações e muito mais.

Os benefícios proporcionados pela impressão 3D, como maior personalização e alta precisão, "levarão [a área odontológica] ao próximo nível e chegarão a esse ponto de transição de toda a indústria para aditivos", prevê Scott Dunham, vice-presidente de pesquisa da SmarTech Analysis.

Os alinhadores transparentes, uma forma transparente de aparelho dentário, são um mercado pronto para prosperar com a impressão 3D. Por exemplo, a Align Technology, fabricante dos alinhadores transparentes Invisalign, recentemente aumentou seu investimento na tecnologia de impressão 3D SLA da 3D Systems. Na Align, a tecnologia é usada para produzir moldes para mais de 320.000 alinhadores transparentes exclusivos por dia.

Em uma linha semelhante, SmileDirectClub, o pioneiro da terapia de alinhador transparente remoto, estabeleceu uma frota de 49 HP Impressoras Jet Fusion 4210 3D. A empresa agora espera imprimir em 3D quase 20 milhões de moldes de boca no próximo ano.

Conforme a tecnologia e os materiais de impressão 3D estão avançando, veremos as empresas dentais mudando para a impressão 3D direta de alinhadores transparentes em nos próximos anos.

Para permitir isso, no entanto, um fator crítico será a capacidade dos reguladores de saúde em acompanhar as possibilidades de desdobramento da impressão 3D médica e odontológica.

Para resumir

A adoção da impressão 3D na indústria médica é próxima à da indústria aeroespacial. No entanto, colocamos a área médica um pouco à frente, devido à possibilidade de mudar segmentos inteiros, como odontológico, para a impressão 3D como uma tecnologia-chave de fabricação.

Automotivo



Estágio :Early mainstream

A partir de 2020, a impressão 3D se estabeleceu na indústria automotiva principalmente como uma tecnologia para aplicações de prototipagem e ferramentas. No entanto, a tecnologia está ganhando maior tração em série e na produção de peças finais customizadas, principalmente para esportes motorizados e veículos de luxo.

Nos últimos 12 meses, vimos grandes empresas automotivas introduzirem peças impressas em 3D em seus veículos. Por exemplo, a Ford está colaborando com a Carbon, um fabricante de impressoras 3D baseadas em resina, para produzir o uso final e peças de reposição para seus veículos. As peças incluem peças de serviço do braço da alavanca, plugues auxiliares e suportes do freio de estacionamento.

No final de 2018, a BMW relatou que havia impresso em 3D seu milionésimo componente, que está em produção em série desde 2010. O componente, um trilho de guia de janela para o BMW i8 Roadster, foi impresso em 3D usando a tecnologia Multi Jet Fusion da HP. Além dos polímeros, a impressão 3D em metal está ganhando uma posição mais forte no setor automotivo. Isso é particularmente motivado pela introdução de tecnologias de jato de aglutinante de metal mais baratas e rápidas, que se mostram mais econômicas para a produção em série e customização em massa.

Por exemplo, a Volkswagen está procurando empregar a nova tecnologia Metal Jet da HP para produzir componentes estruturais para veículos de produção em massa. A montadora espera atingir essa meta nos próximos dois a três anos.

Essas tendências indicam que a indústria automotiva está correndo para a industrialização da impressão 3D em seu fluxo de trabalho de produção.

Resumindo

O uso da impressão 3D no setor automotivo só recentemente atingiu o estágio inicial predominante, graças aos rápidos avanços na tecnologia. Isso permitiu que a impressão 3D fizesse a transição de uma ferramenta exclusivamente de prototipagem para uma solução de produção para nichos de mercado como carros de luxo e de corrida.

Seguindo em frente, veremos mais peças impressas em 3D instaladas em veículos, além de carros de luxo e esportivos. Isso também permitirá que as montadoras investiguem e implementem estratégias de otimização da cadeia de suprimentos, como produção sob demanda e customizada, em uma escala muito mais ampla.

Eletrônicos



Estágio :Adolescente

A indústria de eletrônicos é uma área jovem, porém em crescimento para a impressão 3D.

“Agora o espaço eletrônico impresso em 3D é ... provavelmente onde o espaço AM tradicional estava cerca de 5 anos atrás”, diz Simon Fried, cofundador da Nano Dimension, um fabricante de impressoras eletrônicas 3D, em uma entrevista com a AMFG.

“No momento, é principalmente uma prototipagem rápida, mas pode levar apenas alguns anos até que vejamos a fabricação aditiva de alto volume de eletrônicos.”

Aproveitando a impressão 3D, os engenheiros são capazes de projetar e produzir protótipos de placas de circuito complexas e antenas internamente.

Para os fabricantes, isso significa ser capaz de acelerar o produto processo de desenvolvimento, eliminando a necessidade de terceirizar projetos de alto valor para terceiros.

Optomec e Nano Dimension são atualmente dois dos maiores players no mercado de eletrônicos impressos em 3D. Ambos estão desenvolvendo sistemas capazes de produzir componentes eletrônicos funcionais.

Notavelmente, a empresa de eletrônicos taiwanesa, LITE-ON, tem usado a tecnologia Aerosol Jet da Optomec para imprimir antenas e sensores 3D para dispositivos eletrônicos de consumo desde 2016. Este exemplo por si só demonstra um enorme, mas amplamente inexplorado, potencial da tecnologia.

Para mover a eletrônica impressa em 3D para o mercado principal, a tecnologia precisará primeiro se tornar mais escalonável para ser capaz de entregar volumes de produção maiores. Os materiais e o software de design também precisarão ser atualizados para permitir que os fabricantes de eletrônicos imprimam peças em 3D com maior complexidade e funcionalidade.

Nos últimos anos, vimos avanços significativos na eletrônica impressa em 3D. Esses avanços estão lentamente mudando a impressão 3D eletrônica de ser apenas uma ferramenta de prototipagem para a produção direta.

Resumindo

Atualmente, a impressão 3D eletrônica ainda está na fase da adolescência. Ela se estabeleceu como uma tecnologia de prototipagem útil, mas ainda tem um longo caminho a percorrer antes de entrar no mercado.

Construção



Estágio :Antecipado

Nos últimos anos, a impressão 3D na construção tem gerado muita empolgação. De muitas maneiras, esse entusiasmo foi alimentado pelo hype da mídia em torno da ideia atraente de casas totalmente impressas em 3D.

No entanto, apesar do exagero, a impressão 3D na indústria da construção ainda está nos estágios iniciais.

A grande maioria dos projetos de construção realizados nos últimos anos tem sido apenas para fins de demonstração. O valor desses projetos compreende algumas centenas de milhões de dólares, uma gota no oceano quando comparada à receita anual da indústria da construção de US $ 10 trilhões em todo o mundo.

Atualmente, existem quatro aplicações principais para impressão 3D dentro do indústria da construção:



Esses aplicativos variam em sua maturidade. Por exemplo, a impressão 3D de concreto pode ser usada para fazer a fundação e as paredes de um edifício. Mas esta é apenas uma parte do que é necessário para construir uma casa, e não inclui a instalação de aquecimento, encanamento, eletricidade, janelas, pisos, telhados e acabamentos de superfície.

No entanto, a impressão 3D de o concreto tem potencial para melhorar muito nos próximos anos. O mercado global de impressão 3D de concreto deve crescer de US $ 30,56 milhões em 2018 para US $ 57,89 milhões até 2024.

Esse crescimento será amplamente impulsionado por um número crescente de novos e inovadores projetos de construção. Por exemplo, Dubai tem uma missão ambiciosa de implementar a impressão 3D em 25% dos novos projetos de construção nos próximos seis anos.

No momento, uma das maiores vitórias da impressão 3D na construção pode estar no produção de juntas e fachadas, aproveitando o poder da impressão 3D para a produção de moldes complexos e grandes.

Um recente projeto de reforma de um edifício residencial e comercial de 42 andares na cidade de Nova York ilustra bem isso.

A Gate Precast, empresa que estava trabalhando na nova fachada do prédio, concluiu que a criação de moldes de madeira para o projeto seria uma grande tarefa que poderia levar até 9 meses para ser concluída. Para acelerar o processo, a empresa usou a tecnologia de impressão 3D em grande escala, BAAM, e foi capaz de imprimir 40 moldes em 8 e 11 horas.

Os moldes impressos em 3D não só foram mais rápidos de produzir, mas também deram aos arquitetos muito mais flexibilidade para incorporar formas inovadoras em seus projetos.

Resumindo

Colocamos a impressão 3D na indústria da construção em um estágio inicial, uma vez que as capacidades da tecnologia para o setor estão apenas começando a tomar forma. Atualmente, a indústria da construção apenas arranhou a superfície do que é possível com a impressão 3D. A partir de agora, as casas impressas em 3D permanecem uma perspectiva muito distante.

Ainda há muita pesquisa e desenvolvimento pela frente antes que as empresas de construção incorporem a impressão 3D para cumprir a promessa das casas impressas em 3D. Dito isto, as capacidades da tecnologia para produzir estruturas funcionais permanecem limitadas e exigirão mais pesquisa e desenvolvimento para impulsioná-las.

Num futuro mais imediato, a impressão 3D continuará a ser usada para modelos arquitetônicos, componentes de design de interiores e moldes.

No longo prazo, entretanto, há muito espaço para melhorar e avançar a tecnologia, criando muito mais oportunidades para arquitetos e engenheiros de construção.

Petróleo e Gás





Estágio :Early

A empresa multinacional de petróleo e gás, BP, listou a impressão 3D como uma das seis tecnologias que terão um impacto significativo no setor de energia nos próximos anos. Entre os principais benefícios para o setor estão a melhoria do desempenho do produto, redução de custos e prazos de entrega e uma cadeia de suprimentos mais flexível e distribuída.

Apesar desses benefícios, a adoção da tecnologia na indústria de óleo e gás tem sido lenta, com as empresas usando principalmente a impressão 3D para aplicações de prototipagem e projetos-piloto.

Um dos os principais motivos pelos quais a adoção da impressão 3D em petróleo e gás tem sido lenta é que as maiores partes interessadas do setor dependem inteiramente de sua cadeia de suprimentos. Os fornecedores de óleo e gás Tier 1 e Tier 2 tendem a confiar em métodos comprovados de produção e são resistentes a adotar novos processos de fabricação, como impressão 3D.

No entanto, pioneiros como GE e Siemens Oil &Gas já começaram a integrar a impressão 3D em suas cadeias de abastecimento de manufatura, usando a tecnologia para produzir peças de turbomáquinas, impulsores, queimadores e redemoinhos de queimador. Para tais aplicações, as tecnologias de impressão 3D de metal, como SLM, EBM e DED, serão mais benéficas para a indústria de petróleo e gás. O DED, em particular, pode ser valioso para o setor, considerando sua capacidade não apenas de fabricar novas peças, mas também de consertar componentes existentes.

Resumindo

O Fórum Econômico Mundial estimou que a impressão 3D poderia economizar custos e tempo no valor de US $ 30 bilhões em valor adicional para empresas de petróleo e gás.

Para apreender este valor, é fundamental que a indústria trabalhe na identificação dos primeiros usos mais valiosos da tecnologia. Isso ajudará as empresas de petróleo e gás a desenvolver competência e confiança na tecnologia para maximizar seu potencial.

Finalmente, para mover a impressão 3D para um uso mais convencional em petróleo e gás, a tecnologia deve avançar para atender desempenho robusto e padrões de segurança da indústria.

Muitas iniciativas de pesquisa já estão ocorrendo com o objetivo de qualificar os processos e materiais de impressão 3D para uso em óleo e gás.

Por exemplo, a Nanyang Technological University e uma empresa global de garantia de qualidade, DNL GL, assinaram recentemente um acordo de colaboração em pesquisa de quatro anos. O acordo se concentrará no desenvolvimento de padrões da indústria, processos de garantia de qualidade e certificação para impressão 3D nas indústrias marítima e de petróleo e gás.

Dada a atual taxa de adoção e padronização, prevemos que as empresas de petróleo e gás começarão a incorporar a impressão 3D em suas cadeias de suprimentos nos próximos 5 a 10 anos.

Bens industriais



Estágio :Early mainstream

O setor de bens industriais engloba a produção de componentes de máquinas, ferramentas e equipamentos usados ​​na fabricação de outros bens. Para este setor, a impressão 3D oferece uma gama de benefícios, incluindo prazos de entrega mais curtos, novas oportunidades de design e produção sob demanda.

Graças a esses benefícios e ao amadurecimento da tecnologia e dos materiais, a impressão 3D é agora cada vez mais usada em aplicações que vão desde ferramentas a componentes de máquinas e peças sobressalentes.

Por exemplo, uma das maiores empresas de bens de capital do mundo, a CNH Industrial, anunciou recentemente que irá introduzir a impressão 3D em seus processos de fabricação. A principal área de foco será a produção de peças de reposição para ônibus e equipamentos agrícolas.

A empresa já identificou as primeiras quatro peças que serão fabricadas em plástico, mas em breve buscará adicionar a impressão 3D em metal às suas capacidades. Eventualmente, a CNH Industrial espera produzir uma gama completa de peças usando impressão 3D para “responder a todos os tipos de necessidades em cada estágio do ciclo de vida do produto”.

O fabricante de bens de capital não é o primeiro equipamento especializado empresa a perceber o valor das peças sobressalentes impressas em 3D. Na construção, a Caterpillar vem explorando o uso da impressão 3D para peças de reposição há vários anos. A Siemens Mobility também começou a imprimir peças sobressalentes em 3D para seu serviço ferroviário. Além disso, o amadurecimento das impressoras 3D de mesa e sua mudança para o lado industrial facilita a adoção da impressão 3D para aplicações de ferramentas como gabaritos e acessórios. Enquanto isso, as impressoras 3D de areia são cada vez mais utilizadas em fundições para fazer núcleos e moldes de areia para peças em equipamentos e máquinas pesadas. A impressão 3D Sand é útil por sua capacidade de produzir moldes com tempos de entrega substancialmente menores e menos oportunidades de erro humano do que os métodos tradicionais.

Resumindo

A impressão 3D para produtos industriais atingiu claramente o estágio inicial dominante, com muitas empresas importantes implementando a tecnologia para fazer uso final e peças de reposição. A indústria de bens industriais já começou a colher os benefícios da impressão 3D. Para aproveitar esse progresso, a indústria precisa colaborar nas atividades de padronização e pesquisa. Isso ajudará a identificar casos de uso mais adequados e aumentar a confiança na tecnologia.

Bens de consumo



Estágio :Adolescente

Na indústria de bens de consumo, a aplicação da impressão 3D concentra-se principalmente na criação de protótipos usados ​​nas fases de design e desenvolvimento do produto.

Embora a prototipagem rápida continue sendo a chave aplicação, o verdadeiro potencial da tecnologia pode estar na fabricação direta de produtos de consumo. Os principais benefícios de usar a impressão 3D para produzir produtos de consumo de uso final incluem personalização econômica e maior liberdade de design.

A partir de 2019, a fabricação de calçados, óculos, joias e bicicletas são os maiores segmentos que alavancam a impressão 3D na produção. A indústria de óculos tem sido pioneira no uso de impressão 3D para uso final na produção. A empresa de óculos de Berlim, Mykita GmbH, lançou a primeira coleção de óculos impressos em 3D do mundo já em 2011. A empresa usa tecnologia SLS de polímero e material de náilon para criar armações para sua coleção de óculos de sol MYLON. Além disso, a indústria de calçados está fazendo investimentos significativos para desenvolver fluxos de trabalho de manufatura digital de calçados para permitir inovação mais rápida e personalização em massa.

Para isso, marcas como adidas, Nike, New Balance, Reebok e Under Armour estão adotando tecnologias de impressão 3D como SLS, SLA e DLS da Carbon para introduzir elementos impressos em 3D como solas intermediárias e palmilhas em seus calçados.

No segmento de joias, a impressão 3D beneficia os fabricantes de joias de duas maneiras. A primeira é a impressão 3D de padrões de fundição de investimento, que são mais baratos e mais rápidos de produzir do que os métodos tradicionais.

Uma segunda abordagem é imprimir joias em 3D diretamente usando metais preciosos. Ambos os métodos permitem a criação de joias personalizadas com paredes finas e detalhes intrincados que seriam impossíveis de fazer por outros meios.

Os fabricantes de bicicletas também estão introduzindo a impressão 3D em sua produção. Esta nova oportunidade é amplamente impulsionada pela tecnologia de impressão 3D composta em desenvolvimento. Ao usar a impressão 3D composta, os fabricantes de bicicletas podem criar bicicletas personalizadas com mais rapidez e facilidade do que com métodos mais estabelecidos.

É certo que as taxas de adoção da impressão 3D, mesmo nesses setores da indústria de bens de consumo, ainda são relativamente baixas. , especialmente quando comparada a indústrias pioneiras como aeroespacial e médica.

Para a maioria das empresas de bens de consumo, implementar uma linha de produção de impressão 3D não é economicamente viável, pelo menos por enquanto. Por um lado, os volumes de produção na impressão 3D não podem competir com os volumes alcançados com a fabricação convencional. Ainda assim, mesmo quando a relação custo-benefício da impressão 3D melhorar, é improvável que a tecnologia venha a substituir completamente os métodos de produção em massa em qualquer subsetor do mercado de bens de consumo.

Resumindo

Apesar das muitas novas aplicações de impressão 3D no setor de bens de consumo, a tecnologia ainda está nos estágios iniciais de adoção, especialmente quando comparada a setores como aeroespacial e médico. Os volumes de produção também são menores em comparação com métodos estabelecidos, como moldagem por injeção.

No entanto, à medida que a tecnologia se torna mais escalável, nos próximos cinco anos haverá mais empresas de bens de consumo testando a impressão 3D para aplicações de uso final. Isso ajudará a identificar os aplicativos e produtos que podem se beneficiar mais com a tecnologia e permitirá que as empresas a introduzam em seus fluxos de trabalho de produção.


Adotando a impressão 3D para manufatura digital


Do aeroespacial aos bens de consumo, as indústrias estão adotando a transformação digital, com a impressão 3D sendo uma das principais tecnologias que impulsionam essa mudança.

A impressão 3D ajuda as empresas a fazer produtos melhores com mais rapidez, otimizar suas operações e cadeias de suprimentos e explorar novos modelos de negócios.

No entanto, as taxas de adoção da tecnologia variam entre os setores. As taxas são mais altas em indústrias que produzem peças de alto valor em baixos volumes, como aeroespacial e médica, ou onde o desenvolvimento e customização de produtos mais rápidos são necessários, como nas indústrias automotiva e de bens de consumo.

As maiores oportunidades de geração de valor oferecidas pela impressão 3D incluem funcionalidade aprimorada do produto, maior eficiência de produção, maior personalização, menor tempo de colocação no mercado e peças de reposição sob demanda, especialmente para indústrias de ativos pesados.

Por isso, as empresas dos setores aeroespacial, médico, automotivo e de bens industriais estão acelerando seus investimentos em tecnologia. Dito isso, ainda há certas barreiras a serem superadas antes que a tecnologia tenha uma adoção verdadeiramente generalizada. Isso inclui padronização de materiais e processos, menores custos de produção e maior repetibilidade e confiabilidade.

Os fabricantes de impressoras 3D e outras partes interessadas da indústria estão enfrentando esses desafios de frente. Eles estão lidando com essas limitações aprimorando as máquinas com sistemas de controle de malha fechada, fazendo parceria para desenvolver padrões e melhorando os fluxos de trabalho com automação.

O ecossistema de manufatura está mudando muito rapidamente, em parte graças aos recursos crescentes das tecnologias de impressão 3D. Para prosperar neste ecossistema, as empresas devem começar a pensar além da impressão 3D para prototipagem e mapear estratégias para o que podem alcançar com a transição para a manufatura digital.



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