Materiali, il grande business dei polimeri rinforzati

Il mercato dei materiali per la stampa 3D si sta avvicinando a un punto di svolta commerciale con la crescita dei polimeri rinforzati con fibre.

IDTechEx prevede che nel prossimo decennio il mercato raggiungerà il valore di 2 miliardi di dollari, la base installata e le applicazioni si espanderanno e la tecnologia continuerà a maturare.

Una crescita, però, che non sarà priva di sfide, come indica l'analista di IdTechEx, Richard Collins: ci sono barriere all'adozione da superare in più settori, catene di approvvigionamento e infrastrutture digitali da implementare e un inevitabile consolidamento del numero di produttori.

Richard Collins, analista IdTechEx

Il motivo dell'interesse per questo settore è dato dal fatto che la stampa 3D di materiali polimerici può superare limitazioni meccaniche con il rinforzo in fibra e anche dal fatto che la produzione di compositi è nota per essere costosa.

Nel rapporto "3D Printing Composites 2021-2031: Technology and Market Analysis", IDTechEx fornisce una visione completa del mercato della stampa 3D per materiale composito, comprese previsioni a 10 anni, studi di benchmarking di materiali e stampanti, casi di studio applicativi e profili aziendali basati su interviste.

Quali materiali compositi

Esistono numerosi approcci ai materiali compositi per la stampa 3D, con considerazioni chiave sul materiale (fibra continua vs fibre tritate, termoplastico vs termoindurente) e le proprietà della stampante che lo rendono appropriato per un'organizzazione industriale o un dispositivo desktop per prosumer o hobbisti.

La tecnologia più matura è la stampa 3D di compositi termoplastici per tecnologia FFF. Esistono numerosi sviluppi tecnologici emergenti, da quelli che ottengono allineamenti di fibre tagliate in un fotopolimero, stampanti multiasse ad alta produttività, scale più grandi, aumento del contenuto di fibre, erogazione di termoindurenti, capacità multi-materiale e altro ancora.

Tutto ciò deve essere confrontato anche con la tecnologia esistente e gli sviluppi più ampi che si stanno verificando nella produzione automatizzata di materiali compositi.

Dai processi AFP e ATL fino ai robot pick-and-place per fogli organici, c'è molto da sapere per capire il ruolo che la stampa 3D può svolgere in questo settore.

I materiali sono ciò che determina le proprietà della parte stampata e i requisiti della stampante; sono anche una parte fondamentale dei modelli di business competitivi che vengono impiegati.

I compositi a fibra, spiega Collins, sono per molti l'obiettivo finale, con un valore significativo, ma c'è una grande opportunità nelle loro controparti brevi e una gamma di materiali termoplastici e resine termoindurenti in uso.

Materiali e chimica

Collins ricorda che sono state stabilite numerose partnership strategiche tra produttori di hardware emergenti e aziende chimiche, e attività tra le stesse aziende chimiche: la più notevole è l'acquisizione della linea di business Owens Corning da parte di BASF nel 2020. Ci sono anche aziende che entrano direttamente in questo campo lanciando filamenti o altro materiale composito; un ottimo esempio è l'ingresso della brasiliana Braskem in questo campo con il suo PP rinforzato con fibra di carbonio riciclata.

La maggior parte delle attività nel campo dei materiali composita è centralizzata negli Stati Uniti, ma non esclusivamente. IDTechEx tiene traccia della tecnologia a livello globale con i principali attori emergenti in Europa e in Asia.

Il classico modello di vendita dell'hardware non è l'unico ad essere seguito. Molti, osserva Collins, hanno sviluppato una tecnologia proprietaria, ma anziché vendere apparecchiature, cercano di utilizzarle internamente e agiscono come fornitori di servizi, produttori a contratto o vendendo prodotti direttamente ai consumatori.

In questo contesto aumenterà la stampa di parti per uso finale, ma per Collins l'area di sviluppo principale la produzione con maschere, dispositivi, tool.

Le stampanti di materiali compositi non solo consentono la sostituzione delle parti metalliche e facilitano i miglioramenti del design, ma danno all'azienda la capacità di portare questa tecnologia internamente, riducendo sia i costi dei fornitori che le sfide di inventario dovute ai lunghi tempi di consegna per le parti di ricambio.

Pertanto IDTechEx prevede che le entrate totali per i materiali compositi di stampa 3D raggiungeranno i 2 miliardi di dollari entro il 2031 partendo da valori molto piccoli nel 2021.

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