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L’état actuel de l’impression 3D métal en 2020 – ImpressionEn3D.com

En tant que sous-ensemble de l’impression 3D, l’impression métal s’est développée au cours des deux dernières années. La technologie a fait de grands progrès en termes de vitesse et de polyvalence des matériaux, avec un certain nombre d’entreprises essayant de nombreuses technologies différentes. Alors que les plastiques sont toujours les matériaux les plus utilisés par les entreprises et les services externes, les composants imprimés en métal sont en deuxième position avec les résines, alors que les deux surpassent la céramique. Inutile de dire que beaucoup de choses ont changé par rapport à il y a à peine 5 ans, donc cet article se penchera sur les spécificités de la façon dont l’industrie de l’impression métallique se carénera en 2020.

Voici nos principaux points à retenir:

Aperçu de l’industrie et cas cruciaux

L’impression sur métal a connu une certaine augmentation de l’utilisation, de la taille du marché et de l’intérêt des fabricants. L’augmentation de ces statistiques est due à la baisse globale des coûts, ainsi qu’à une prise de conscience accrue des éléments uniques que l’impression 3D apporte à la table. Le marché de l’impression métallique était évalué à 772,1 millions USD en 2019, avec un TCAC de 27,8% de 2020 à 2027 selon Grandview Research. De même, une étude de marché de Technavio dans le monde suggère que l’industrie connaîtra une croissance de 1,59 milliard de dollars entre 2020 et 2024, avec un TCAC de plus de 26%. Quoi qu’il en soit, l’industrie semble assez saine selon les deux estimations.

Une plus grande flexibilité de conception, un faible gaspillage et une rentabilité ont tous contribué également à cette croissance. Avec de multiples accords cruciaux dans de nombreuses industries manufacturières, il y a eu une évolution vers une production pour utilisation finale accrue, ce qui a amené davantage d’entreprises à prendre note de la technologie. Les systèmes laser et les poudres, en particulier, sont devenus un peu moins chers, mais toujours assez chers (comme nous le verrons plus tard dans la section des matériaux).

L’adoption a augmenté, même si la plupart d’entre elles ont été effectuées par des parties et des services externes plutôt que par des systèmes internes. Dans une enquête menée auprès de 1000 répondants, 36% des entreprises ont utilisé des composants métalliques pour l’impression 3D en 2018, contre 28% en 2017. Cette tendance se poursuit dans l’étude State of 3D Printing de Sculpteo, indiquant que 45% des entreprises utilisent le métal comme matériau d’impression 3D , et 10% supplémentaires envisagent de l’ajouter dans une certaine mesure à leur propre entreprise, qu’elle soit externe ou interne.

L’industrie globale de l’impression 3D évolue rapidement, les imprimantes 3D devenant plus rapides, plus fiables et plus capables de produire, et cela a également été le cas des imprimantes métalliques. En termes de types d’industries, les plus importantes sont l’automobile, la médecine, la défense et l’aérospatiale. Toutes ces industries ont tendance à imprimer des métaux pour le prototypage rapide, les produits d’utilisation finale, l’outillage et la recherche et développement. Par exemple, le prototypage rapide dans le aérospatial Le segment devrait croiser une valorisation de 105 millions USD d’ici 2026 pour tous les matériaux combinés. Les entreprises aérospatiales utilisent principalement des technologies d’impression 3D et d’impression métallique pour minimiser les coûts de développement de modèles et de prototypes.

Plus particulièrement, la NASA a l’intention d’imprimer en 3D plus de 80% de ses futurs moteurs de fusée à l’aide de systèmes métalliques. Avant la fin de l’année, il est prévu d’investir 3,5 milliards de dollars dans une usine de production pour fabriquer 100 000 buses de carburant par an pour les moteurs du géant de l’aérospatiale. Les entreprises concluent des accords majeurs avec de grandes entreprises aérospatiales: par exemple, Velo3D cède ses machines à SpaceX et a également annoncé avoir levé 28 millions de dollars de financement en avril de cette année.

le secteur de la défense est un autre acteur majeur qui suscite un certain intérêt de la part de géants cruciaux de l’impression 3D. L’armée américaine a chargé 3D Systems de développer une imprimante prototype pour eux, principalement pour la production de composants en acier et d’armes durables. La commission était budgétisée à 15 millions USD, demandant à l’entreprise de créer des objets jusqu’à un volume de 1 × 1 sur 0,6 mètre. L’imprimante laser massive peut traiter des alliages destinés à développer des bombes anti-bunker, donc ce sera sûrement un système de fabrication crucial pour l’armée.

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le industrie médicale applique également beaucoup d’impression métallique ces dernières années. Des exemples notables incluent les implants imprimés en 3D de Stryker, y compris la cage lombaire postérieure courbée Tritanium TL imprimée en 3D, qui a reçu l’approbation de la FDA en mars 2018. De même, Slice Mfg. Studios affirme que chacune de ses machines Arcam Q10 EBM peut produire environ 70 hanches acétabulaires tasses tous les cinq jours. Des méthodes comme l’EBM et la SLM ont également été cruciales pour développer très rapidement des outils spécialisés, permettant aux hôpitaux de produire des pièces à l’interne sans temps d’attente prolongés.

le industrie automobile a également produit des cas d’utilisation révolutionnaires. BMW est un acteur puissant en termes d’échelle et de taille de son opération d’impression 3D. Depuis 2010, le célèbre constructeur automobile a dépassé la barre du million de pièces imprimées en 3D (en termes de tous les matériaux, pas seulement de métal). Quant à la production de masse, BMW vise la production de 50 000 composants par an et 10 000 pièces détachées individuelles. Ces pièces comprennent le support de toit et le rail de guidage de vitre du i8 Roadster, ainsi que l’ensemble de l’étrier de frein de la M850i ​​Coupe Night Sky Edition.

Ford a également travaillé avec succès avec l’impression 3D. Un peu plus tôt cette année, Ford Performance a imprimé ce qu’ils prétendent être la plus grande pièce automobile en métal imprimée en 3D de tous les temps. Cette entrée de collecteur en aluminium forme une structure complexe en forme de bande qui aurait été impossible à fabriquer avec des systèmes de fabrication traditionnels. Les imprimeurs, quant à eux, ont développé la pièce en cinq jours. Dans l’ensemble, toute l’opération d’impression 3D de Ford leur permet d’économiser environ un demi-million de dollars par mois.

Volkswagen utilise des systèmes à jet métallique HP pour des milliers de pièces et a annoncé son intention d’augmenter ses opérations de fabrication additive de pièces fonctionnelles. Volvo, Volkswagen et Bugatti ont tous été les principaux implémenteurs de la technologie ces dernières années. Tous l’utilisent pour l’outillage, le prototypage et les montages, mais les pièces métalliques occupent une place particulièrement importante dans les applications finales.

Technologies et matériaux

Avec un nombre croissant de technologies dans ce secteur, il y a pas mal de points forts. DMLS / SLM sont actuellement les plus utilisés, avec une majorité d’utilisation provenant de services externes. Le jet de liant et la fabrication de faisceaux d’électrons sont également des technologies de production de métaux cruciales avec des parts de marché importantes (les statistiques d’utilisation se situent respectivement à 40% et 28% des entreprises). 50% des répondants de Sculpteo qui utilisent l’impression métallique ont tendance à utiliser le frittage sélectif au laser, la fusion par jet, le SLM / DMLS et le jet de liant via des services externes. Ils utilisent principalement les technologies pour contrer les coûts de machine / maintenance.

DMLS ou SLM sont probablement les technologies les plus utilisées à ce jour. Son utilisation d’acier, d’aluminium et de titane le rend idéal pour les secteurs aérospatial et médical, ainsi que pour la dentisterie et l’automobile. Les principaux avantages que les entreprises trouvent dans la GDT qui la renforcent par rapport aux autres méthodes de fabrication sont la capacité de produire des structures métalliques légères, complexes et fonctionnelles à des coûts relativement bas.

Le jet de liant est une autre technologie populaire, mais elle présente encore quelques obstacles à la disponibilité des matériaux. Les alliages les plus couramment disponibles sont les aciers inoxydables et les aciers à outils tels que 1.4404 / 316L ou 1.4542 / 17-4 PH. En outre, des alliages de titane sont disponibles pour le jet de liant auprès de sociétés telles que DIGITAL METAL, mais ils ne sont pas largement disponibles. Des alliages à base de nickel, des matériaux de cuivre et de bronze et des carbures sont actuellement en cours de développement. Les alliages d’aluminium sont d’autres formes assez courantes d’impression 3D, mais en raison des difficultés générales associées à leur frittage, ils sont encore en phase de développement en ce qui concerne le jet de liant.

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Les poudres et résines métalliques sont devenues moins chères, ce qui a stimulé la demande de technologies qui les utilisent. Les métaux utilisés dans l’impression 3D comprennent l’aluminium, le bronze, les alliages de cobalt, le cuivre, l’or, les alliages de nickel, le palladium, le platine, l’argent, l’acier, les alliages de titane et le tungstène. Alors que l’acier et l’aluminium ainsi que leurs variations dominent toujours la scène de l’impression sur métal, il y a eu une augmentation notable pour d’autres métaux (y compris les métaux précieux). La croissance de l’utilisation des métaux précieux peut être attribuée à l’adoption croissante par l’industrie de la bijouterie des systèmes d’impression en métal.

Les différences entre le domaine des plastiques et des métaux sont également notables. Les plastiques sont toujours les matériaux dominants, mais les pièces métalliques sont à la hausse. De 2017 à 2018, la part des imprimantes 3D utilisant du plastique est passée de 88% à 65%, mais au cours de la même période, l’utilisation du métal a augmenté de 28% à 36%. Les systèmes deviennent également plus puissants, avec de nouvelles technologies comme le jet de métal et le jet de liant accélérant la production.

Projections futures et obstacles à l’adoption

IDTechEx prévoit que la majorité des revenus annuels proviendra de la demande de matériel plutôt que de la vente et de l’installation d’imprimantes. Dans leurs prévisions IDTechEx Research, ils prédisent également que le marché mondial de l’impression 3D métal atteindra une valeur de 19 milliards de dollars d’ici 2029.

L’intérêt croissant pour les industries de l’aérospatiale et de la défense conduit à développer davantage de pièces critiques avec des systèmes métalliques. De nombreuses organisations comme la NASA et l’armée américaine ont indiqué qu’elles souhaitaient augmenter leur production d’impression 3D à mesure qu’elles progressent. De nombreux experts, dont Christian Lönne, PDG de Digital Metal, considèrent Binder Jetting comme une étoile montante potentielle à l’avenir. L’impression sur métal deviendra plus populaire en raison de leur capacité à utiliser de nouvelles géométries, des conceptions réduisant le poids, moins d’étapes de production et une plus grande flexibilité de production.

Les applications automobiles devraient atteindre plus de 240 millions USD d’ici 2026. L’Europe en particulier devrait enregistrer des gains significatifs (plus de 20%) au cours de cette période. La directive européenne 2015/719 adoptée par la Commission européenne engage les entreprises à minimiser le poids des véhicules afin d’améliorer le rendement énergétique et le contrôle des émissions. Cela devrait théoriquement stimuler le marché de la fabrication additive et des poudres métalliques. Le secteur automobile de l’UE représente également plus de 4% de leur PIB. En tant que grande région de production automobile, cela aura un impact positif sur la demande d’impression 3D et de fabrication additive.

Comme d’habitude, les principaux obstacles à la poursuite de la mise en œuvre sont la dépendance aux systèmes existants, les délais de production et l’argent. Outre le coût des matériaux, les métaux nécessitent un temps considérable pour devenir les produits finis souhaités par les entreprises. Les délais de livraison élevés empêchent la plupart des fabricants de passer à la fabrication additive, optant plutôt pour leur processus de fabrication conventionnel. Les délais sont un problème majeur dans l’adoption de l’impression 3D pour les principales industries et entreprises en leur sein, y compris de nombreuses entreprises aérospatiales et de défense, des constructeurs automobiles et des fabricants d’électricité et d’électronique. Bien que ces industries utilisent l’impression 3D, il y a encore des sceptiques, en particulier dans les entreprises qui ont besoin d’une production de masse rapide. Pourtant, il y a beaucoup d’intérêt croissant, alors peut-être que bon nombre de ces entreprises seront influencées dans les années à venir.

Image de vedette gracieuseté de Velo3D.

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