5 tendances qui façonneront le marché des matériaux d'impression 3D en 2019

Dans l'industrie de l'impression 3D à maturation rapide, quelles sont les tendances qui façonnent le marché des matériaux ?

Les matériaux sont l'un des trois piliers clés de l'impression 3D, aux côtés du matériel et des logiciels. Selon le rapport Wohlers 2019, le segment des matériaux d'impression 3D a connu une croissance record en 2018 en raison de l'utilisation croissante de l'impression 3D pour la production en série.

En 2019, cette croissance ne devrait que se poursuivre, soutenue par un certain nombre de tendances que nous examinerons de plus près ci-dessous.

1. L'impression 3D composite prend son envol

L'une des principales opportunités émergentes dans les matériaux d'impression 3D provient des composites. Un rapport d'analyse SmarTech prévoit que le marché mondial de l'impression 3D composite augmentera à un TCAC de 22,3 % au cours des cinq prochaines années. Cela indique une opportunité génératrice de valeur élevée – une opportunité qui pourrait voir l'impression 3D composite constituer une part non négligeable du marché global de la fabrication de composites.

En impression 3D, les composites comprennent généralement un matériau polymère central, comme le nylon, et un matériau de renforcement, comme une fibre coupée ou continue. Le matériau composite offre une résistance et une rigidité supérieures par rapport aux polymères non renforcés. Dans certains cas, il peut même remplacer des métaux comme l'aluminium.

Ces propriétés de matériaux améliorées font des composites des matériaux recherchés pour les applications d'outillage et d'utilisation finale dans une gamme d'industries, comme l'aérospatiale, l'automobile, l'énergie et le pétrole et le gaz.

Les applications finales de l'impression 3D composite

Shawcor en est un bon exemple. Grâce à l'impression 3D composite, la société mondiale de services énergétiques basée au Canada a économisé 1,6 million de dollars canadiens (environ 1,2 million de dollars américains).

L'entreprise avait besoin d'une machine personnalisée pour aider à transférer de gros tampons adhésifs qui seraient trop lourd pour une personne à faire seul. Cependant, l'entreprise était confrontée à une situation de perdant :soit dépenser trop de temps et d'argent pour construire une machine personnalisée en utilisant des méthodes traditionnelles, soit perdre des revenus en ne l'ayant pas du tout.

Cependant, à l'aide de l'imprimante 3D composite de Markforged, l'équipe de Shawcor a pu créer des pièces pour créer une machine de chargement personnalisée. Environ 50 % des 53 pièces imprimées ont été renforcées avec du Kevlar, de la fibre de verre HSHT ou de la fibre de carbone, qui ont été utilisés pour remplacer les pièces en aluminium et en tôle.

Le cadre de vélo composite imprimé en 3D d'Arevo est une autre application passionnante de la technologie. Contrairement aux cadres composites de fabrication traditionnelle, le cadre de vélo d'Arevo a été imprimé en une seule pièce. Grâce à sa technologie robotique composite 3D, Arevo est capable de produire ses cadres de vélo en quelques jours, contrairement aux mois de développement nécessaires avec les méthodes traditionnelles.

De telles applications mettent en évidence les capacités largement inexploitées de l'impression 3D composite et le potentiel de croissance énorme du secteur.

Développement matériel

Le développement continu des matériaux contribue à alimenter la croissance de l'impression 3D composite. Par exemple, Markforged, pionnier de l'impression 3D composite, a récemment introduit l'Onyx FR, le premier matériau composite ignifuge.

Le matériau est en nylon renforcé de brins continus de fibre de carbone. Mais en plus, Onyx FR est auto-extinguible, ce qui signifie qu'il peut s'empêcher de brûler en quelques secondes.

Markforged affirme qu'Onyx FR ouvrira davantage de cas d'utilisation de l'impression 3D dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de la défense, car le matériau répond à des normes de sécurité incendie plus élevées.

Un autre développement vient de Techmer PM. Le fabricant de matériaux basé aux États-Unis a récemment annoncé l'ouverture d'une nouvelle ligne de production de grande capacité conçue pour produire des polymères renforcés de fibres de carbone. Cet investissement a notamment été stimulé par la demande des fabricants d'imprimantes 3D grand format.

Dans le même esprit, Arkema a ouvert une usine de fabrication de son matériau Kepstan PEKK. Constatant une « forte demande de composites renforcés de fibres de carbone et d'impression 3D », l'entreprise a clairement fait le nécessaire pour la soutenir.

Il y a sans aucun doute beaucoup d'activité dans le secteur de l'impression 3D composite, poussant à la fois la technologie et les matériaux qui l'accompagnent vers de nouveaux sommets.

2. La production de matériaux augmente

Une autre tendance clé sur le marché des matériaux d'impression 3D se concentre sur l'expansion des affaires. De plus en plus d'entreprises mettent en place des installations de R&D ainsi que de production de matériaux, contribuant ainsi à poursuivre l'industrialisation de la technologie.

Par exemple, le mois dernier, Amastan Technologies, un producteur de matériaux basé aux États-Unis, a annoncé l'acquisition d'AL Solutions, un producteur de matériaux raffinés en titane. Ce dernier sera rebaptisé Amastan Additive et fera partie de l'installation de poudre métallique AM encore à construire d'Amastan.

Grâce à la technologie de recyclage exclusive d'AL Solutions et à la technologie plasma UniMelt™ d'Amastan, la société est désormais bien positionnée pour devenir l'un des acteurs clés de la production de poudre de titane AM.

Jabil est une autre entreprise qui encourage le développement de matériaux de FA. Stimulée par la demande des clients, la société mondiale de services de fabrication a lancé en janvier une unité commerciale distincte, Jabil Engineered Materials.

Le choix limité de matériaux a été un obstacle important à l'adoption de l'impression 3D, selon l'entreprise. Pour surmonter cela, la nouvelle unité se concentrera sur le développement, la validation et la mise sur le marché de matériaux d'ingénierie pour l'impression 3D industrielle.

Il est important de noter que Jabil utilisera non seulement de nouveaux matériaux en interne, mais les fournira également au marché libre, afin que davantage d'entreprises peuvent bénéficier d'un choix de matériaux plus large. Jusqu'à présent, la société a lancé PETg, PETg ESD, TPU 90 A et TPU 90 A ESD, mais prévoit d'en fournir davantage dans les mois à venir.

À l'avenir, nous nous attendons à ce que d'autres acteurs de l'industrie commencent à augmenter leurs capacités de production de matériaux dans le but de suivre le rythme de la demande. Au fur et à mesure que cette tendance se développe, elle pourrait donner un formidable coup de pouce à l'ensemble de l'industrie de l'impression 3D.

3. Les matériaux ouverts sont un concept en expansion

Malgré les progrès continus, le développement de matériaux pour l'impression 3D est toujours plus lent que prévu.

Un obstacle à une plus grande diversité de matériaux est la nature exclusive de nombreux matériaux imprimables en 3D. De nombreux fabricants d'imprimantes 3D développent leurs machines pour travailler exclusivement avec les matériaux qu'ils développent en interne. Cela limite les opportunités pour leurs clients d'utiliser des matériaux tiers.

Un modèle de matériaux exclusifs entraîne généralement des prix des matériaux plus élevés et un rythme d'innovation plus lent pour les nouvelles formulations de matériaux.

Une solution possible pour surmonter ces contraintes est un modèle de matériaux ouvert. Ce modèle encourage les principaux producteurs de matériaux à s'associer avec des fabricants d'imprimantes 3D et à développer de nouveaux matériaux pour leurs systèmes.

Une telle approche présente deux avantages clés. Premièrement, cela contribue à élargir le choix des matériaux pour les utilisateurs finaux. Deuxièmement, il accélère le processus de développement des matériaux.

L'une des plus grandes réussites du modèle des matériaux ouverts a été le programme d'alliance matérielle d'Ultimaker. Le programme implique que les fabricants de matériaux partagent les paramètres d'impression de leurs matériaux dans une base de données spéciale, à laquelle les clients d'Ultimaker peuvent accéder. La vision derrière cela est de permettre aux clients d'utiliser de manière fiable des filaments tiers sur les imprimantes 3D Ultimaker.

Lancé en avril 2018, le programme regroupe aujourd'hui plus de 80 entreprises, dont des géants comme BASF, DSM, Arkema et Jabil.

Par exemple, Arkema a introduit son filament à base de PVDF, appelé FluorX, au programme le mois dernier. Le matériau est conçu pour imprimer des pièces hautes performances avec une résistance thermique et chimique exceptionnelle.

Grâce à la stratégie d'Ultimaker, ses clients ont désormais accès à une plus grande variété de matériaux avec des propriétés spécifiques comme la résistance aux chocs et aux produits chimiques, la flexibilité, la résistance et plus encore.

D'autres entreprises adoptent également le modèle des matériaux ouverts :il s'agit notamment de HP, Origin et Prodways. Même Stratasys, qui a développé ses matériaux en interne, a admis que l'entreprise avait besoin de « s'associer à d'autres pour développer des matériaux plus performants ».

En fin de compte, nous verrons de plus en plus d'entreprises adopter cette stratégie au cours des deux prochaines années, ce qui stimulera le développement de matériaux encore plus dynamiques pour l'impression 3D.

4. Les coûts des matériaux baissent (lentement)

Le coût élevé des matériaux d'impression 3D a toujours été un point de friction. Une étude suggère que le coût des matières premières des matériaux d'impression 3D peut être jusqu'à dix fois plus élevé que les matériaux de fabrication traditionnels.

Naturellement, les coûts exacts dépendent d'un certain nombre de facteurs, tels que le processus d'impression 3D et les matériaux utilisés lors de la production.

Par exemple, le prix des résines pour l'impression 3D SLA varie généralement entre 50 $ le litre pour les résines standard et 500 $ le litre pour les résines professionnelles. Cependant, selon un fabricant de résine, les résines pourraient coûter aussi peu que 10 à 20 $ le litre.

Il existe plusieurs raisons pour lesquelles les coûts des matériaux pour l'impression 3D restent élevés. L'un est que le volume global des expéditions de matériaux est relativement faible.

Un autre est que la majorité des matériaux d'impression 3D disponibles sont propriétaires, obligeant les utilisateurs à les acheter directement auprès des fabricants d'imprimantes 3D eux-mêmes. Cela crée un monopole sur le marché des matériaux d'impression 3D, les fabricants majorant le coût.

Cependant, il y a quelques développements clés qui pourraient aider à réduire les prix des matériaux. L'un est l'utilisation croissante de l'impression 3D pour la production en série. À mesure que les volumes de production d'impression 3D augmentent, cela devrait entraîner une réduction des coûts des matériaux.

Le carbone en est un exemple. L'année dernière, le fabricant d'imprimantes 3D a réduit le prix de trois résines différentes à 50 $ le litre, contre 300 $ le litre en 2016. Carbon affirme que la clé de la réduction des prix réside dans les applications à grand volume de ses imprimantes 3D.

Avec l'exemple de Carbon à l'esprit, nous pensons qu'il existe un potentiel pour d'autres fabricants de suivre une voie similaire à mesure que leur volume et leur clientèle se développent.

L'essor du modèle des matériaux ouverts pourrait également contribuer à réduire les coûts des matériaux, car il ouvre le marché à de nombreux autres fournisseurs de matériaux. Plus il y a d'acteurs sur le marché, plus la concurrence est forte, ce qui pourrait contribuer à faire baisser les prix.

5. Les entreprises chimiques mondiales s'impliquent davantage

De nombreuses grandes entreprises chimiques ont pris le train en marche de l'impression 3D au cours de la dernière année, après avoir été témoins de la croissance régulière de l'industrie. D'innombrables partenariats ont déjà été signés, ainsi que des investissements renouvelés dans de nouvelles installations et des lancements de matériaux.

Par exemple, Stratasys et Solvay ont annoncé une feuille de route commune sur les matériaux en mai de cette année. Cette feuille de route verra Solvay développer des matériaux hautes performances comme le PEEK pour les imprimantes 3D Stratasys. Grâce à ce partenariat, les deux sociétés se préparent déjà à commercialiser un filament compatible AM ​​à base de polymère Radel polyphénylsulfone (PPSU) de Solvay.

Du côté des investissements, le développeur de matériaux britannique Victrex prévoit d'investir des millions d'euros dans l'imprimante 3D et le développeur de logiciels néerlandais Bond 3D. L'investissement substantiel aidera l'entreprise à accélérer la commercialisation des pièces PAEK et PEEK imprimées en 3D.

En outre, le géant de la chimie BASF a signé de nombreux partenariats au sein de l'industrie de l'impression 3D. La plus récente est la startup d'impression 3D, Impossible Objects. Grâce à ce partenariat, BASF fournira à Impossible Objects son matériau Polyamide 6. En l'associant à la nouvelle technologie composite d'Impossible Objects, les entreprises cherchent à élargir la gamme d'applications de production, en particulier dans les secteurs automobile et industriel.

Ces exemples illustrent une tendance forte au sein de l'industrie de l'impression 3D :les grandes entreprises de matériaux prennent de plus en plus au sérieux l'impression 3D en tant que solution industrielle - un autre indicateur du potentiel global de cette industrie au cours des prochaines années.

Vers un avenir prospère

Le marché des matériaux reste un élément essentiel de l'industrie de l'impression 3D — et comme nous l'avons vu, quelques tendances clés contribuent à façonner l'avenir du marché.

Peut-être la tendance qui aura le plus l'impact est l'augmentation de l'activité dans le développement des matériaux. À bien des égards, cette augmentation de l'activité est tirée par la demande du marché, les clients exigeant davantage de matériaux, en particulier pour les applications de production.

Pour tirer parti de cette demande croissante, les entreprises chimiques continuent de renforcer leur position sur le marché grâce à davantage de R&D, d'investissements et de partenariats. De même, les fabricants de machines visent également à tirer parti de la puissance de la collaboration.

Alors que la sélection de matériaux s'élargit et que les coûts commencent à baisser, cela ne peut qu'élargir les applications actuelles de l'impression 3D, et faire avancer la l'adoption de la technologie dans toutes les industries.