Entwicklungsstand der 3D-Drucktechnologie

Die 3D-Drucktechnologie hat sich in den letzten Jahren schnell entwickelt, wobei verschiedene Drucktechnologien ständig auftauchen und allmählich reifen. Zu den derzeit üblichen Drucktechnologien gehören Stereolithographie (SLA), selektives Lasersintern (SLS), Fused Deposition Modeling (FDM), digitale Lichtbearbeitung (DLP) usw. Diese Technologien haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften, und SLA zeichnet sich durch die Herstellung von Teilen mit hohem Detailgrad, glatter Oberflächenbeschaffenheit und strengen Toleranzen aus, die in der medizinischen Industrie weit verbreitet sind; SLS schmilzt Nylonpulver zu festem Kunststoff, wodurch die Teile robuster und für Funktionstests geeignet sind; FDM ist relativ wirtschaftlich und einfach zu bedienen und zu warten und kann eine Vielzahl von Materialien verwenden; DLP ähnelt SLA, verwendet jedoch eine digitale Lichtprojektor-Leinwand, um die Baugeschwindigkeit zu verbessern und eignet sich für die Kleinserienfertigung von Kunststoffteilen. Gleichzeitig gibt es verschiedene Arten von Prozessen, die im 3D-Druck involviert sind. In Bezug auf Druckmaterialien werden sie hauptsächlich unterteilt in Laser Pulverbett Fusion (LPBF) für Metall und Nichtmetallmaterialien, Bindemittelsprühen, Laser gerichtete Energieabscheidung (L-DED) und Arc Additive Manufacturing (WAAM). Polymerorientierte Technologien wie Photopolymerisationstechnologie, digitale Lichtbearbeitung, Schmelzeauftraggießen, selektives Lasersintern usw. Nach Jahren der Entwicklung sind viele verwandte Technologien in China nicht schlechter als diejenigen im Ausland, wie Laser Pulverbett Sintern und Schmelzen. Jedoch gibt es immer noch eine Lücke in der Prozesstechnologie im Vergleich zu fortgeschrittenen ausländischen Unternehmen, und einige ausländische Forschungseinrichtungen und Technologieunternehmen führen immer noch den technologischen Trend.

Anwendungsbereiche des 3D-Drucks

Die Anwendungsbereiche der 3D-Drucktechnik sind sehr umfangreich. Im Bereich Industriedesign ist es möglich, komplexe Bauteile und Modelle schnell herzustellen, Produktentwicklungszyklen und -kosten zu verkürzen, komplexe Strukturen herzustellen, die mit traditionellen Verfahren schwer zu erreichen sind, und mehr Möglichkeiten für das Produktdesign zu bieten. Im medizinischen Bereich ist es weit verbreitet, um medizinische Geräte wie Prothesen, Zähne, Knochen herzustellen, und kann auch verwendet werden, um Modelle von menschlichen Geweben und Organen zu erstellen und chirurgische Referenzen für Ärzte bereitzustellen. Im Bildungsbereich kann das Verständnis von abstrakten Konzepten und räumlichen Strukturen genutzt werden, um Lehrmodelle und -werkzeuge zu erstellen. Im Automobilbereich kann es für Rapid Prototyping, Werkzeuge, Vorrichtungen, Produktionsteile usw. verwendet werden. 3D-Drucktechnologie kann verwendet werden, um Prototypen von verschiedenen Werkzeugen, Vorrichtungen, Vorrichtungen und verfügbaren Teilen schnell zu drucken, was es für Unternehmen bequemer macht, zu testen und zu produzieren. In der Bauindustrie kann es für den schnellen Bau und die personalisierte Gestaltung von Gebäudemodellen verwendet werden, Abfall reduzieren und Zeitkosten sparen sowie die Sicherheit und Nachhaltigkeit von Gebäuden verbessern. Im Bereich der Kultur und Kunst kann es verwendet werden, um Kunstwerke, Schmuck, Repliken von Antiquitäten usw. herzustellen, um genauere und schützende kulturelle und künstlerische Erbe zu erreichen. Im Bereich der Biomedizin können Komponenten und Teile gedruckt werden, die für in vivo Funktionen geeignet sind, wie Herzklappen, Gefäßstents usw., um genauere anatomische Strukturen für Organismen bereitzustellen. Darüber hinaus spielt die 3D-Drucktechnologie eine wichtige Rolle in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt und Komponentendruck.

Prognose der Marktgröße für 3D-Druck

Der 3D-Druck-Markt wird voraussichtlich weiter wachsen. Nach dem "Marktwettbewerbsanalyse und Entwicklungsperspektivprognose Report der chinesischen 3D-Druckindustrie von 2024 bis 2029", geschrieben vom China Research Institute Puhua, wurde 3D-Drucktechnologie in mehreren Bereichen weit verbreitet angewendet, und die 3D-Druckindustrie hat breite Perspektiven. Die globale Marktgröße der 3D-Druck-Industrie wird voraussichtlich 24,8 Milliarden US Dollar in 2024 erreichen. Der Computersimulationsmarkt hat breite Marktaussichten und großes Entwicklungspotenzial. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Technologie und der Erweiterung der Anwendungsbereiche wird die Marktgröße weiterhin einen stabilen Wachstumstrend beibehalten. Die Marktgröße für 3D-Druck in 2023 beträgt 22,14 Milliarden US-Dollar, ein Anstieg von 26,8% im Vergleich zu 2022, weit über den Erwartungen. Basierend auf einer zusammengesetzten jährlichen Wachstumsrate von 21%, wird erwartet, dass die Marktgröße bis Ende 2028 $24,8 Milliarden um 2024 und $57,1 Milliarden erreichen wird.

Gründe für die Wahl der 3D-Drucktechnologie

Es gibt viele Gründe, warum Unternehmen sich für die 3D-Drucktechnologie entscheiden. In Bezug auf den Preis wird der 3D-Druck derzeit hauptsächlich für die Herstellung von Mustern ohne die Notwendigkeit von Formen oder anderen Produktionswerkzeugen verwendet, mit weniger Materialverschwendung und erheblichen Kostenvorteilen. Wenn die Produktionsmenge kleiner als ein bestimmter Wert ist, hat es auch Kostenvorteile für die Kleinserienproduktion. In Bezug auf die Geschwindigkeit dauern 3D-Druckmuster oft nur wenige Stunden und große Proben nur wenige Tage, was deutlich schneller ist als die Wochen, die für traditionelle Formenbauproben erforderlich sind. In Bezug auf die Typen gibt es bereits verschiedene Verfahren für den 3D-Druck, wie FDM, SLA, SLS, SLM, DED, Klebstoffsprühen, Kaltsprühen usw. Auch der Einsatz von Materialien nimmt zu, darunter verschiedene Kunststoffe, Metalle, Keramik und sogar Materialien wie Glas und Holz, die vorher nicht gedruckt werden konnten, werden allmählich überwunden. In Bezug auf das Formen verfügt der 3D-Druck über hervorragende Formfähigkeiten und kann komplexe geometrische Strukturen konstruieren, die mit anderen Verfahren nicht erreicht werden können. Er unterstützt vollständig generatives Design und Topologieoptimierung, erreicht Leichtgewicht bei gleichbleibender oder sogar verbesserter Festigkeit. In Sachen Qualität konnte der 3D-Druck schon immer eine gute Genauigkeit bei sehr kleinen Toleranzen bieten, und hochwertige Materialien können gute mechanische Eigenschaften bieten. Obwohl es Schichtmuster auf der Oberfläche gibt, können sie durch Nachbearbeitung gelöst werden. Darüber hinaus ist einer der größten Vorteile der additiven Fertigung die Möglichkeit, schnell und wirtschaftlich Einmal- oder Kleinserien-3D-Druck zu produzieren. Konstrukteure aus verschiedenen Bereichen können 3D-Drucktechnologie nutzen, um schnell Prototypen-Konstruktionslösungen zu entwerfen und den Iterationszyklus von Monaten auf Tagen zu reduzieren.

3D-Druck vom Prototyp bis zur Produktionsanwendung

Der 3D-Druck wurde zunächst im Bereich des Prototypendesigns angewendet, der Entwurfskonzepte schnell präsentieren und zeitnahe Rückmeldungen zu Ergebnissen liefern kann, was den Forschungs- und Entwicklungszyklus erheblich verkürzt. Mit der Entwicklung der Technologie hat der 3D-Druck begonnen, fertige Komponenten oder Produkte herzustellen, die in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Medizin und Automotive angewendet werden. Aus Sicht der Produkttypen lassen sie sich grob in zwei Kategorien einteilen: Endproduktkomponenten und Hilfswerkzeuge im Produktionsbereich. Die Produktionsstufe ist der größte Markt für 3D-Druck. Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden kann der 3D-Druck die technischen Grenzen traditioneller Fertigungsmethoden durchbrechen und Teile mit hochkomplexen geometrischen Formen, ultrageringem Gewicht und stabiler Leistung produzieren. Die Ausweitung des "Kuchens" statt des bösartigen Wettbewerbs wird zu einem Konsens unter den Praktikern der 3D-Druckindustrie. In letzter Zeit haben mehrere Hersteller von 3D-Druckgeräten praktische Anwendungen in Bereichen wie Continuous Printing, Integration von Fertigungskettensystemen und Qualitätskontrolle erreicht, was bedeutet, dass der 3D-Druck immer näher an die "Massenproduktion" herankommt. Bis 2024 hat sich die gesamte Industrie allmählich von der Prototypenfertigung zur Massenproduktion erweitert und wurde in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Gesundheitswesen und Bildung weit verbreitet. In Zukunft wird der 3D-Druck mit der kontinuierlichen Reife der Technologie und der Reduzierung der Kosten in mehr Bereichen angewendet.

Gemeinsame 3D-Drucktechnologien

Es gibt viele gängige 3D-Drucktechnologien. Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine der gängigsten Techniken, bei der Kunststoffmaterialien erhitzt und extrudiert werden, um Schicht für Schicht auf einem Substrat in die gewünschte Form zu stapeln. Es ist nicht nur schnell und einfach zu bedienen, sondern kann auch verwendet werden, um komplexe 3D-Modelle zu drucken. Die wichtigsten verwendeten Rohstoffe sind Polypropylen, ABS und Gießparaffin. Light Curing Molding (SLA) ist eine Technologie, die auf flüssigen lichtempfindlichen Polymeren basiert, die einen Laserstrahl verwendet, um das lichtempfindliche Polymermaterial in die gewünschte Form zu härten, und typischerweise verwendet wird, um hochpräzise Modelle und Produkte herzustellen. Selektives Lasersintern (SLS) ist eine Technologie, die Pulvermaterialien zum Sintern von Pulver auf eine Konstruktionsplattform mittels Laser zu 3D-Modellen verwendet und komplexe und robuste Bauteile herstellen kann, wodurch es sich besonders für Prototyping und Direktfertigung eignet. Elektronenstrahlschmelzen (EBM) ist eine Technologie, die Elektronenstrahlen verwendet, um Materialien zu formen. Es verwendet hochenergetische Elektronenstrahlen, um Metallpulver zu schmelzen und Metallkomponenten Schicht für Schicht zu konstruieren. Es wird häufig verwendet, um Metallteile herzustellen und ist besonders geeignet für Bereiche wie Luft- und Raumfahrt, Automobil und Medizin. Die dreidimensionale Drucktechnologie (3DP) ist eine auf Gipspulver basierende Technologie. Durch Bedrucken von wasserbasierten Klebstoffen auf Gipspulver werden die Materialien miteinander verklebt und mit Tintendüsen die gewünschten Bereiche eingefärbt, können sehr detaillierte Modelle zu sehr niedrigen Kosten hergestellt werden. Darüber hinaus gibt es verschiedene Technologien wie digitale Lichtverarbeitung (DLP), Projektionsmikrostereolithographie (P μ SL) und laminierte Fertigung (LOM).

Der Bereich 3D-Druck zeigt derzeit einen florierenden Entwicklungstrend. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie werden verschiedene Drucktechnologien immer ausgereifter und haben ihre eigenen Vorteile. Die Anwendungsbereiche wachsen weiter und spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen von Industriedesign über Gesundheitswesen, Bildung, Automobil, Bauwesen und mehr. Die Integration von künstlicher Intelligenz und 3D-Druck verbessert die Effizienz und Qualitätskontrolle der Technologie weiter. Auch die Marktgröße wächst stetig und birgt enormes Wachstumspotenzial. Es gibt mehrere vernünftige Gründe, warum Unternehmen sich für die 3D-Drucktechnologie entscheiden, und der 3D-Druck bewegt sich allmählich vom Prototypenentwurf zur Massenproduktion. Die gängigen Drucktechnologien sind vielfältig und bieten Benutzern mit unterschiedlichen Bedürfnissen vielfältige Möglichkeiten. Es ist absehbar, dass der 3D-Druck-Bereich auch in Zukunft die Transformation der Fertigungsindustrie vorantreiben wird und den verschiedenen Branchen mehr Innovations- und Entwicklungsmöglichkeiten bietet.