3D 프린팅 재료 시장의 진화:2019년 동향 및 기회

3D 프린팅 재료 시장이 빠르게 성장하고 있습니다. 더 많은 기업이 적층 제조(AM) 하드웨어를 구매하고 AM 사용을 확장하면서 수요가 증가하고 있습니다. 2019년 AM 재료 시장은 15억 달러의 가치 . 향후 5년 동안 45억 달러라는 엄청난 기회로 성장할 것으로 예상됩니다.

이러한 기회가 가까우면서 재료 공급업체, 특히 거대 화학 회사와 금속 생산업체가 점점 더 업계에 참여하고 있습니다. 신소재 개발과 함께 AM의 산업화에 크게 기여하고 있습니다.

오늘 기사에서는 2019년 3D 프린팅 재료 시장이 어떻게 진화하고 있으며, 어떤 회사가 이를 주도하고 있으며 어떤 트렌드가 미래를 형성하고 있는지 알아보겠습니다.

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폴리머는 가장 많이 사용되는 3D 프린팅 재료입니다.

폴리머는 시장 점유율 측면에서 최고의 3D 프린팅 재료 부문으로 남아 있습니다. 2014년부터 2018년까지 3D 프린팅 재료에 대한 전 세계 수익의 80.6%가 폴리머에서 발생했으며 2018년에는 34억 달러에 달했습니다. 최근 Jabil이 308명의 3D 프린팅 사용자를 대상으로 한 설문 조사에 따르면 2018년에는 74%가 폴리머 재료를 사용했습니다.

폴리머에 대한 높은 수요는 놀라운 일이 아닙니다. 폴리머 3D 프린터는 채택 및 운영이 더 쉽고 저렴하기 때문에 가장 큰 설치 기반을 가지고 있습니다.

고성능 열가소성 수지에 대한 관심 증가

PLA 및 ABS와 같은 비교적 단순한 플라스틱이 폴리머 시장을 지배하고 있지만 가혹한 환경과 고온을 견딜 수 있는 강력하고 기능적인 재료에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 3D 프린팅 산업은 탄소 강화 복합 재료, ULTEM, PEEK 및 PEKK와 같은 고성능 열가소성 수지를 개발하여 이러한 추세에 대응하고 있습니다.

이러한 재료를 사용하면 제조업체는 다양한 산업 응용 분야를 위한 기능적 프로토타입과 최종 사용 부품을 3D 프린팅할 수 있습니다.

업계 전반에 걸쳐 화학 회사는 특히 사용을 위해 이러한 고급 재료를 점점 더 개발하고 있습니다. Victrex, SABIC, Solvay 및 Evonik을 비롯한 AM에서 몇 가지 예를 들 수 있습니다.

많은 3D 프린터 하드웨어 제조업체도 이러한 재료에 필요한 3D 인쇄 하드웨어를 적용하기 위해 이들 회사와 긴밀하게 협력하고 있습니다. 예를 들어, 이탈리아의 압출 3D 프린터 제조업체인 Roboze는 EXTEM AMHH811F라는 비정질 열가소성 폴리이미드 필라멘트에 대해 SABIC과 협력했습니다.

신소재는 최대 230°C의 열 변형 능력 덕분에 고온에 대한 저항성이 뛰어납니다. 또한 이 소재는 247°C의 유리 전이를 가지고 있어 파트너가 최고라고 생각하는 온도입니다. 모든 3D 인쇄 가능한 재료. 또한, 우수한 난연성, 우수한 내화학성을 제공하며 고온에서 기계적 강도를 유지합니다.

고성능 열가소성 수지의 개발은 AM의 산업화에 매우 중요합니다. 그들은 의료 및 항공 우주와 같은 중요 산업의 프로토타입에서 고급 응용 프로그램으로 기술의 전환을 지원합니다.

예를 들어, PEEK 3D 프린팅은 이제 환자 맞춤형 임플란트를 만드는 데 사용됩니다. 아마도 의료용 PEEK 3D 프린팅의 높은 성장 기회로 인해 Evonik은 최근 신경 및 척추 수술용 PEEK 3D 프린팅 임플란트를 전문으로 하는 중국 신생 기업인 Meditool에 투자하게 되었습니다.

상승세 복합 재료의

복합재료는 고성능 폴리머의 또 다른 분야로 상당한 성장을 보이고 있습니다.

복합재는 열가소성 매트릭스와 강화 섬유로 구성됩니다. 현재 3D 인쇄용 복합 재료는 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 케블라 섬유로 강화됩니다.

분말, 펠렛 또는 필라멘트로 제공되는 이러한 재료는 가장 일반적으로 절단된 섬유를 특징으로 하지만 연속 섬유 복합 인쇄가 사용되고 있습니다. 더 많이 탐구했습니다. 예를 들어 Desktop Metal은 최근 연속 탄소 섬유로 나일론, PEEK 및 PEKK 재료를 강화할 수 있는 Fiber 3D 프린터를 발표했습니다.

SmarTech Analysis 보고서는 글로벌 복합 3D 프린팅 시장이 향후 5년 동안 22.3%의 CAGR로 성장할 것으로 예측합니다. 이는 복합 재료가 의료 및 항공 우주 부문을 넘어 차세대 자동차, 에너지 및 운송 일반과 같은 소비자 영역으로 확장되는 부문에서 더욱 관련성이 높아짐에 따라 높은 가치 창출 기회를 나타냅니다.

복합 3D 프린팅 시장은 지난 12개월 동안 많은 재료와 응용 프로그램이 크게 성장하면서 발전해 왔습니다. 예를 들어, 합성 3D 인쇄는 합성 3D 인쇄 자전거 프레임의 출시를 가능하게 했습니다.

올해 초, Continuous Composites는 화학 대기업의 Sartomer 사업 라인을 통해 Arkema와 협력했습니다. 이 파트너십은 Arkema의 광경화성 수지 솔루션과 결합된 Continuous Composites의 특허 연속 섬유 3D(CF3D) 인쇄 기술을 통해 연속 섬유 복합 재료 AM에 대한 새로운 옵션을 제공하는 것을 보게 될 것입니다.

유사한 맥락에서 Sandvik은 3D 프린팅을 위한 세계 최초의 다이아몬드 합성물. 복합재는 탁월한 경도와 열전도율, 저밀도, 내식성 및 우수한 열팽창을 보여줍니다. 이와 같은 재료는 우주 응용 분야에 특히 유용할 수 있습니다.

3D 프린팅 그래핀

엔지니어링 및 복합 플라스틱 외에도 업계에서는 그래핀을 기반으로 한 첨단 소재의 3D 프린팅을 가능하게 하기 위해 노력하고 있습니다.

그래핀은 지구상에서 가장 강한 물질 중 하나입니다. 높은 전기 및 열 전도성으로 인해 배터리 제조에서 항공 우주에 이르기까지 다양한 산업에서 찾고 있습니다.

지난 달 3D 프린팅 필라멘트 생산업체인 Terrafilum은 그래핀 나노복합체 설계 및 제조업체인 XG Sciences와 협력하여 압출 3D 프린팅용 그래핀 강화 소재를 개발했습니다.

또한 버지니아 공대와 로렌스 리버모어 국립 연구소의 연구원들은 2016년부터 그래핀을 사용하여 복잡한 물체를 3D 프린팅하는 새로운 방법을 개발해 왔습니다.

이전에는 연구원들이 이 자료를 2D 시트 또는 기본 구조로 인쇄합니다. 이제 그들은 작은(최소 10미크론) 그래핀 3D 구조를 생성할 수 있는 광조형 기반 공정을 개발했습니다.

그러나 한 회사는 3D 인쇄된 그래핀을 실제 응용 프로그램으로 옮길 수 있었습니다. 미국의 다국적 엔지니어링 회사인 AECOM은 영국 공급업체인 Scaled의 대규모 3D 프린팅을 사용하여 운송 네트워크를 위한 4.5m 높이의 신호 아치를 만들었습니다.

철도 위에 놓인 그래핀 아치 사용 기존 인프라에 새로운 디지털 장비를 연결할 필요가 없습니다.

아치는 Aecom의 재료 파트너인 Versarien에서 공급하는 새로운 그래핀 강화 폴리머로 생산됩니다.

이 이정표에도 불구하고 그래핀은 3D에 매우 어려운 소재로 남아 있습니다. 인쇄하기도 어렵고 생산하기도 어렵습니다. 이에 비추어 볼 때 우리는 여전히 그래핀 3D 프린팅의 초기 단계에 있지만 지금까지의 발전은 매우 유망해 보입니다.

탄성 재료의 폭발적인 성장

부드러우면서도 유연하면서도 단단하고 강한 특성이 필요한 소비자, 의료 및 산업 분야에 3D 프린팅을 적용하는 기업이 점점 늘어나고 있습니다. 이러한 수요는 TPU 및 실리콘과 같은 유연한 재료 시장의 성장을 촉진합니다.

지난 6개월 동안만 해도 3D 프린팅을 위한 유연한 재료에 대한 몇 가지 발표가 있었습니다.

글로벌 화학 기업인 Huntsman은 지난 7월 신발용으로 부드럽고 유연한 IROPRINT AM 소재를 출시했습니다. 재료는 수지, 분말 및 필라멘트의 세 가지 형태로 제공되며 신발, 호스 및 개스킷, 로봇 그리퍼, 씰 및 기타 고무 유사 응용 제품을 생산하는 데 사용할 수 있습니다.

그 다음 독일 화학 회사인 Covestro는 TPU 소재의 새로운 응용 분야인 3D 인쇄 정형 안창에 주목했습니다.

TPU는 다양한 특성 덕분에 이 응용 분야에 선택되는 재료입니다. 특히 코베스트로의 TPU 제품은 다양한 경도를 커버하며, 깔창 디자인의 구조를 바꿔 조절이 가능하다. 이는 제조업체가 딱딱하거나 부드러운 접촉 영역을 특징으로 하는 신발 안창을 인쇄하여 궁극적인 맞춤화를 달성할 수 있음을 의미합니다.

또한 실리콘 엘라스토머 과학의 글로벌 리더인 Dow는 두 가지 새로운 액체 실리콘 고무 3D 프린팅 재료를 출시했습니다. 최근에 이 회사는 Nexus Elastomer Systems 및 German RepRap과 협력하여 3D 프린팅 사용자에게 실리콘 고무 부품을 컬러로 3D 프린팅할 수 있는 기능을 제공했습니다.

새롭고 다채로운 기능은 Dow의 SILASTIC 3D 3335 LSR 재료, 독일 RepRap의 LAM(Liquid Additive Manufacturing) 3D 프린터 및 Nexus Elastomer Systems의 새로운 도징 시스템이라는 세 가지 핵심 요소의 조합에 따라 달라집니다. 이 기능을 통해 사용자는 부품의 기계적 특성이나 성능을 변경하지 않고도 인쇄물에 다양한 색상을 추가할 수 있습니다.

마지막으로 EOS는 최근 신제품 출시로 폴리머 재료 포트폴리오를 확장했습니다. 플렉서블 EOS TPU 1301 파우더. EOS에 따르면 EOS TPU 1301은 변형 후 뛰어난 복원력, 매우 우수한 충격 흡수 및 매우 높은 공정 안정성을 제공합니다. 이 소재는 쿠션 요소, 보호 장비 및 신발 밑창을 포함하여 신발, 라이프스타일 및 자동차 분야에 특히 적합합니다.

분명히 유연한 소재를 사용하면 기업이 새로운 응용 분야를 개척하고 3D 프린팅의 이점을 누릴 수 있습니다. 더 많은 틈새 시장에서.

난연성을 가진 폴리머

난연성이 그 중 하나인 특정 특성을 가진 재료에 대한 업계의 강력한 추진력이 있습니다.

이러한 추세는 엄격한 화재 안전 요구 사항이 있는 산업의 요구에 의해 주도될 가능성이 높습니다. 3D 프린팅을 더 많이 사용하기 시작한 운송 및 전자 제품과 같습니다.

최근 개발된 제품 중 DSM의 UL Blue Card 인증 난연성 소재인 Novamid AM1030 FR은 압출 3D 프린터용입니다. 이 소재는 DSM의 Novamid 기술로 개발되었으며 V0(수직 시편에서 10초 이내에 연소 중지) 및 V2(수직 시편에서 30초 이내에 연소 중지) 인증을 받았습니다.

DSM은 믿습니다. 재료의 난연성 수준은 자동차 및 전자 분야의 응용 분야에 적합합니다.

마찬가지로 Cubicure, Markforged 및 CRP Technology는 자체 난연성 재료를 출시했습니다. CRP Technology 및 Markforged의 재료도 복합 재료이므로 여러 중요한 산업 응용 분야에 적합합니다.

기업들이 3D 프린팅에 점점 더 많은 용도를 발견함에 따라 특수 폴리머 재료의 개발이 계속될 것이라고 믿습니다. 우리가 높은 성장을 보일 것으로 예상되는 또 다른 영역은 자외선(UV) 저항성이 더 큰 폴리머로, 이는 자동차 부문에서 응용 프로그램을 추진하는 데 도움이 될 것입니다.

도자기 재료

3D 프린팅 세라믹 시장은 아직 폴리머 시장만큼 크지는 않지만 그만큼 흥미롭습니다. SmarTech Analysis의 보고서에 따르면 이 시장은 2020년 2천만 달러의 매출 기회에서 2029년까지 4억 5천만 달러 이상으로 성장할 것으로 예상됩니다.

이 보고서는 또한 기술 또는 전통적인 세라믹 재료로 제조된 최종 사용 부품의 가치가 중장기적으로 하드웨어 및 재료에 대한 수요를 주도할 것으로 예상된다는 사실을 강조합니다.<브 />

특히 기술 또는 고성능 세라믹은 초고강도, 고온 및 내화학성을 비롯한 고급 기계적 특성을 특징으로 합니다. 그들은 이미 항공 우주에서 전자에 이르기까지 첨단 제조의 여러 분야에서 사용되는 가벼운 재료이며, 그 중 많은 부분이 AM 기술의 첫 번째 채택자입니다.

작년에 세라믹 및 금속을 위한 NPJ(NanoParticle Jetting) 기술을 제공하는 회사인 XJet Ltd.는 AM 시스템에 새로운 세라믹 재료인 알루미나를 추가했습니다. 새로운 재료는 XJet의 테크니컬 세라믹 포트폴리오에 지르코니아를 추가했습니다.

알루미나는 지르코니아에 비해 경도와 강도는 높지만 내마모성이 낮아 소성 전후에 가공 및 정련이 용이하다는 특징을 공유합니다.

세라믹 3D 프린팅은 폴리머와 금속의 3D 프린팅에 비해 뒤쳐져 있지만, 이 기술과 관련 재료가 향후 5년에서 10년 사이에 발전할 수 있는 큰 잠재력이 있습니다.

금속 재료

메탈 AM 소재는 성장의 여지가 있는 분야입니다. Ampower의 보고에 따르면 2018년 금속 매출은 3억 9000만 유로에 달했으며 약 41.9% 성장하여 지난 5년 동안 40% 이상의 성장을 계속했습니다(Wohlers 보고서 2018).

금속 3D 프린팅을 채택하는 기업의 수도 꾸준히 증가하고 있어 재료의 다양성과 품질에 대한 요구가 높아지고 있습니다.

금속 분말 생산량 증가 중

이러한 수요의 결과로 점점 더 많은 재료 공급업체가 업계에 합류하고 있으며 이미 합류한 업체는 금속 생산 능력을 강화하고 있습니다.

이것은 SLM(Selective Laser Melting), EBM(Electron Beam Melting), Binder Jetting 및 분말형 직접 에너지 증착(Powdered Direct Energy Deposition)과 같은 분말 기반 공정용 재료를 공급하려는 금속 분말 생산업체에게 특히 일반적입니다. DED) – 현재 강력한 성장 궤도에 있습니다.

세계 최고의 금속 분말 제조업체 중 하나인 Höganäs AB는 AM 산업을 위한 고순도 금속 분말 생산을 위한 새로운 분무 공장 건설을 시작했습니다.

독일에 위치한 새로운 공장은 Höganäs가 성장하는 3D 프린팅 부문에서 시장 점유율을 높이는 데 도움이 될 것입니다. 공장에서 생산된 분말은 Amperprint®라는 상표로 전 세계적으로 판매될 것입니다. Amperprint 브랜드에는 현재 니켈, 코발트 및 철 합금이 포함됩니다.

마찬가지로 영국 Liberty Powder Metals의 모회사인 Liberty House Group도 영국에 분말 금속 개발 시설을 건설하고 있습니다.

회사는 이 시설을 통해 AM용 특수 금속 및 재료의 범위를 확장할 수 있기를 희망합니다. 이 공장에는 VIGA(진공 유도 불활성 가스 분무기)와 다양한 체질, 혼합, 포장 및 분석 장비와 같은 기능이 포함됩니다.

또한 첨단 재료의 개발 및 생산업체인 Sandvik은 약 2억 스웨덴 크로나를 투자하여 원자화를 통한 AM 티타늄 분말 생산을 위한 새로운 공장을 열었습니다.

Sandvik의 티타늄 분말 시설 출시는 티타늄 3D 프린팅에 대한 증가 추세를 뒷받침합니다. 티타늄은 특히 가공과 관련하여 작업하기 어려운 금속일 수 있습니다. AM은 기업이 티타늄 폐기물을 줄이고 설계 유연성을 높일 수 있도록 지원하는 실행 가능한 대안이 되고 있습니다.

금속 재료 생산자는 AM 가치 사슬 전반에 걸쳐 확장됩니다.

금속 분말 생산 ​​증가와 함께 금속 3D 인쇄용 재료를 제조하는 많은 회사들이 AM 가치 사슬을 따라 역할을 확장하고 있습니다. 일부는 전략적으로 다른 회사를 인수하고 다른 일부는 비즈니스 구조를 조정하고 있습니다.

영국의 항공우주 및 자동차 회사인 GKN이 이에 대한 좋은 예입니다. 올해 초, 자회사인 GKN Additive는 모회사의 금속분말 제조업체인 GKN Hoeganaes와의 합병으로 탄생한 새로운 하위 브랜드 GKN Additive Materials를 발표했습니다.



이는 GKN Additive의 하위 브랜드인 GKN Additive를 만듭니다. 구성 요소, 완전한 분말-파트 솔루션 공급업체. 이를 통해 회사는 한 지붕 아래에서 AM 프로세스와 재료에 대한 지식을 결합하여 AM 기술의 두 측면을 더 잘 이해할 수 있습니다.

GKN은 AM 시장에서의 입지를 더욱 강화하기 위해 최근 미국에 기반을 둔 3D 프린팅 서비스 제공업체인 Forecast 3D도 인수했습니다. Forecast 3D는 폴리머 3D 프린팅을 전문으로 하지만 이 움직임을 통해 GKN은 이제 금속과 플라스틱 모두에서 AM을 교차 홍보할 수 있습니다.

이번 인수로 영국에 본사를 둔 GKN은 미국 시장 전반에 걸쳐 더 큰 영향력을 행사할 수 있게 되었으며 폴리머 AM이라는 완전히 새로운 비즈니스 라인을 활용할 수 있게 되었습니다.

그리고 GKN은 AM의 다른 영역으로의 확장의 유일한 예가 아닙니다.

Swedish Sandvik도 최근 이탈리아 금속 3D 프린팅 서비스 제공업체인 Beam IT의 지분 30%를 인수하여 놀라운 행보를 보였습니다. 회사에 따르면 이러한 움직임은 광범위한 제조 산업에서 입지를 확대하려는 전략적 야망과 일치하며, 이는 적층에 투자하여 달성하고자 하는 존재입니다.

AM을 위한 새로운 금속 재료

이 모든 활동이 금속 AM 산업의 건전한 상태를 가리키며 성장의 궁극적 지표는 지속적인 재료 개발입니다.

금속 분말은 인증은커녕 개발이 어렵기로 악명이 높습니다. 그러나 이 분야의 발전은 계속되고 있습니다.

예:H.C. JX Nippon Mining &Metals의 자회사인 Starck Tantalum과 Niobium GmbH는 AMtrinsic 브랜드 이름으로 다양한 원자화된 탄탈륨 및 니오븀(Ta/Nb) AM 분말을 출시했습니다.

높은 성능 덕분에 융점, 높은 내부식성, 높은 열 및 전기 전도성을 갖춘 이러한 재료는 AM 사용자가 화학 처리, 에너지 부문 및 다양한 고온 환경에서 기술을 적용할 수 있도록 합니다.

AMtrinsic 분말은 분말층 융합 공정에 사용되는 재료의 핵심 특성인 우수한 유동성, 높은 탭 밀도, '완벽한' 구형 및 좁은 입자 크기 분포를 약속합니다.

또한 영국에 위치한 합금 개발 회사인 OxMet Technologies는 AM 공정을 위해 특별히 설계된 다양한 고강도 및 고온 니켈 합금을 개발했습니다.

새 합금은 최대 900°C까지의 고강도를 나타낸다고 합니다. 현재 AM에 사용할 수 있는 가장 강한 니켈 합금(Alloy 718)이 650°C 이상에서 불안정해져 사용에 적합하지 않기 때문에 이는 상당한 성능 향상이라고 합니다. 가장 중요한 터보기계 부품에 사용됩니다.

또 다른 예로 영국에 기반을 둔 주조 전문업체인 Aeromet International은 특허 받은 A20X 알루미늄 분말을 강화하여 UTS(Ultimate Tensile Strength) 마크인 500을 초과했습니다. MPa. 회사에 따르면 이 성과로 이 소재는 상업적으로 이용 가능한 가장 강력한 알루미늄 AM 분말 중 하나가 되었습니다.

자원의 지속적인 사용을 목표로 하는 순환 경제의 아이디어에 기여하기 위해 전자레인지 플라즈마 기술 전문가인 6K는 지속 가능한 소스에서 파생된 AM 분말을 출시했습니다.

이 분말은 가공 밀링, 터닝 및 기타 재활용된 공급원료를 고급 분말로 전환할 수 있는 6K의 고유한 UniMelt 기술을 사용하여 생산됩니다. for AM.

앞으로 6K는 AM 지지 구조와 실패한 AM 인쇄에서 분말을 만들 계획입니다. 목표는 공급망에 들어가는 재료를 100% 사용하여 AM 최종 사용자에게 프로젝트 비용을 관리하고 공급망을 제어하는 ​​새로운 방법을 제공하는 동시에 금속 AM에 더 큰 지속 가능성을 도입하는 것입니다.

재료:적층 제조 퍼즐의 중요한 부분

재료는 AM을 진정한 생산 기술로 만드는 데 중요한 역할을 합니다. Jabil의 최근 설문조사에 따르면 설문조사에 응한 AM 사용자의 41%는 더 나은 재료를 도입하는 것이 생산을 위한 3D 프린팅의 대량 채택을 장려하는 데 가장 큰 영향을 미칠 것이라고 믿습니다.

업계에서도 수요에 적극 대응하고 있다. 고급 폴리머와 특수 금속이 개발되고 있습니다. 재료 공급업체는 이제 AM용 재료를 식별, 최적화, 제조 및 재활용하는 방법에 대해 훨씬 더 많이 이해하고 있습니다.

동시에 복합재료, 실리콘 또는 세라믹과 같은 재료 개발의 새로운 영역으로 분기하는 더 많은 플레이어가 있습니다.

그렇지만 높은 재료 비용은 기술 응용 프로그램을 확장하는 주요 병목 중 하나입니다. 아마도 수요가 증가함에 따라 재료 가격이 곧 하락하는 것을 보게 될 것입니다. 그러나 이것은 하룻밤 사이에 일어나지 않을 것입니다.

궁극적으로 3D 프린팅 재료 산업은 대기업과 틈새 스타트업 모두에 의해 번성하는 것으로 보입니다. 우리는 이러한 상승 추세가 앞으로도 AM 산업을 계속 형성할 것이라고 확신합니다.