Die Landschaft der additiven Fertigungsindustrie 2020: 240 Unternehmen treiben die digitale Fertigung voran [Aktualisiert]

Update 16.06.2020: Unter Berücksichtigung aller Rückmeldungen, die wir von der 3D-Druck-Community erhalten haben, haben wir die Übersicht nun um 9 neue Unternehmen erweitert.

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Seit AMFG 2019 die erste Additive Manufacturing Landscape veröffentlicht hat, hat sich in der Additive Manufacturing (AM)-Branche viel verändert. Um die Entwicklung der Branche zu dokumentieren, hat AMFG die zweite Ausgabe unserer jährlichen Additive Manufacturing Landscape veröffentlicht.

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Im Jahr 2020 setzt sich die Reifung der 3D-Druckbranche fort. Das Ökosystem wächst, und neue Unternehmen und Investoren drängen weiterhin auf den Markt.

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Den Bericht und die Infografik finden Sie hier

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Ende 2019 wurde der weltweite AM-Markt auf einen Wert von über 10 Milliarden US-Dollar geschätzt. Eine Reihe von Faktoren treibt das Wachstum der Branche voran. Einer davon ist, dass 3D-Druck-Hardware und -Materialien für industrielle Anwendungen entwickelt werden, da Unternehmen aus verschiedenen Branchen immer neue Anwendungsmöglichkeiten für diese Technologie finden.

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Da die COVID-19-Pandemie weiterhin Auswirkungen auf den Geschäftsbetrieb hat und zu Engpässen in den Lieferketten führt, setzen Unternehmen den 3D-Druck als Teil ihrer Strategie zur digitalen Transformation ein. Die durch den 3D-Druck ermöglichte Digitalisierung kann Unternehmen die Flexibilität und Agilität verleihen, die sie benötigen, um auf Probleme in der Lieferkette und sich ändernde Kundenanforderungen zu reagieren.

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Angesichts der Vielzahl von Faktoren, die die Branche prägen, kann es schwierig sein, den Überblick über die Unternehmen und Trends zu behalten, die den 3D-Druck vorantreiben.

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Aus diesem Grund haben wir unsere zweite jährliche Additive Manufacturing Landscape 2020 veröffentlicht: eine Infografik und ein Whitepaper, die Herstellern und Branchenakteuren ein klares Verständnis des aktuellen AM-Ökosystems und der wichtigsten Trends, die die Branche prägen, vermitteln.

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Die Additive Manufacturing Landscape im Jahr 2020

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• Hardwarehersteller (Polymere, Desktop, Metalle, Verbundwerkstoffe, Keramik, Elektronik)
• Softwareanbieter (Design & Simulation, Slicer & Datenaufbereitung, Workflow & MES, Sicherheit)
• Materialzulieferer (Polymere und Verbundwerkstoffe, Metalle)
• Hersteller von Nachbearbeitungssystemen
• Forschungseinrichtungen

 
Wie immer konzentriert sich unser Überblick ausschließlich auf den industriellen 3D-Druck. Daher haben wir nur Unternehmen berücksichtigt, die Lösungen für industrielle Anwendungen anbieten. Unternehmen, deren Schwerpunkt vor allem auf dem 3D-Druck für Verbraucher liegt, wurden nicht berücksichtigt.

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Ebenfalls nicht berücksichtigt wurden Dienstleister. Diese sind zwar ein integraler Bestandteil der additiven Fertigung, ihre Einbeziehung hätte jedoch die Komplexität des Berichts erhöht. Wir haben jedoch eine Umfrage zum Stand der Branche veröffentlicht, die sich auf die aktuelle Lage des AM-Marktes für Dienstleister konzentriert und die Sie hier finden.

Wichtige Erkenntnisse‍

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Hardware bleibt die größte Kategorie

Im Jahr 2020 macht die Kategorie Hardware 56 % der AM-Landschaft aus. Der kontinuierliche Eintritt neuer 3D-Druck-Hardware-Unternehmen bedeutet, dass das Segment vielfältiger und damit wettbewerbsfähiger denn je geworden ist.

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In der diesjährigen Ausgabe der AM-Landschaft haben wir außerdem ein neues Hardware-Segment hinzugefügt: Verbundwerkstoff-3D-Drucker. Obwohl die Technologie noch neu und in vielen Fällen eine Nische ist, hat der Verbundwerkstoff-3D-Druck das Potenzial, sich zu einem größeren, profitableren Markt zu entwickeln.

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Metall-3D-Drucker sind das größte Segment

Metallmaschinenhersteller machen 40 % der Hardware-Kategorie und 22,5 % der Gesamtlandschaft aus.

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Die Mehrheit der in der Landschaft vorgestellten Unternehmen bietet laserbasierte Metall-3D-Drucker an, aber auch im Bereich der Binder-Jetting-Systeme und 3D-Drucker, die große Metallteile drucken können, ist ein Wachstum zu verzeichnen.

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Start-ups beschleunigen das Innovationstempo im 3D-Druck

Ein großer Teil unserer Landschaft besteht aus Start-ups, die in den letzten fünf Jahren entstanden sind.

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Es überrascht nicht, dass sie auch von Investoren viel Aufmerksamkeit erhalten. Schätzungen zufolge wurden 2019 1,1 Milliarden US-Dollar in 77 AM-Unternehmen in der Frühphase investiert, wobei der größte Teil der Mittel an Hardware-Hersteller ging.

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Konnektivität wird zu einem wichtigen Thema innerhalb der Branche

Der AM-Markt ist nach wie vor ein fragmentiertes Ökosystem mit unterschiedlichen Lösungen in den einzelnen Schlüsselsegmenten, die nicht unbedingt integriert sind.

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Die Fragmentierung des Marktes zeigt den Bedarf an größerer Konnektivität, die eine wesentliche Voraussetzung für den 3D-Druck als digitale Fertigungstechnologie ist.

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Ein genauerer Blick auf die einzelnen Segmente

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Hardware

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Der Hardware-Bereich macht nach wie vor den Löwenanteil der AM-Landschaft aus. Die Entwicklung neuer Systeme schreitet voran und wird durch Fördermittel stark unterstützt.  

Die kontinuierliche Weiterentwicklung im Hardware-Bereich führt zu schnelleren, zuverlässigeren 3D-Druckern, die auf Produktionsanwendungen ausgerichtet sind.

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Polymer-3D-Drucker

Polymer-AM-Systeme sind nach wie vor die beliebteste Technologie in Bezug auf die Nutzung. Im Jahr 2019 verwendeten 72 Prozent der Unternehmen Polymer-AM-Systeme, verglichen mit 49 Prozent, die Metall-AM-Systeme einsetzten.

Während Polymer-3D-Drucker nach wie vor vorwiegend im Prototyping eingesetzt werden, sehen wir auch eine Ausweitung der Technologie auf Anwendungen in der Produktion, darunter Werkzeuge, Ersatzteile und Endverbrauchsteile.

Der Trend zum 3D-Druck von Endverbrauchsteilen aus Polymeren wird sich fortsetzen, angetrieben durch die Einführung von Hochleistungsthermoplasten wie PEEK und ULTEM, die neue Anwendungsmöglichkeiten für diese Technologie in der Luft- und Raumfahrt, der Eisenbahn- und der Automobilindustrie eröffnen.

Desktop-3D-Drucker

Desktop-3D-Drucker sind ein weiterer wichtiger Bestandteil der AM-Landschaft. Maschinen dieser Kategorie sind zunehmend auf industrielle Anwendungen ausgerichtet. Gleichzeitig zielen Desktop-3D-Drucker darauf ab, den 3D-Druck zu demokratisieren, indem sie die Einstiegshürden senken und ein benutzerfreundlicheres 3D-Druckerlebnis schaffen.

Auch im Jahr 2020 ist die Materialextrusion auf dem Desktop nach wie vor die größte Kategorie. Professionelle Desktop-FFF-Systeme (Fused Filament Fabrication) sind deutlich günstiger als hochwertige Industriemaschinen. Gleichzeitig werden industrielle Funktionen wie Doppelextrusion und beheizte Baukammern zu unverzichtbaren Merkmalen von Desktop-FFF-3D-Druckern.

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Während Unternehmen wie Ultimaker und Makerbot nach wie vor die bekanntesten Marken im FFF-Desktop-Segment sind, sorgt der Eintritt relativ neuer Akteure wie BCN3D und Roboze für eine Diversifizierung des Segments.

Metall-3D-Drucker

Zwar stellen viele Experten für 2019 einen leichten Rückgang der Verkäufe von Metall-3D-Druckern fest, den sie „mit einem schwachen Automobilmarkt, einem allgemein fragilen Fertigungssektor und einer schleppenden Konjunktur in Asien und Europa” in Verbindung bringen, so diese Studie. Langfristig dürfte sich das Segment jedoch wieder erholen.

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Im Jahr 2020 sind Metall-Pulverbettfusion (PBF)-Varianten nach wie vor die am weitesten verbreiteten Systeme, obwohl wir einen starken Trend zur Entwicklung von Metall-Binder-Jetting-Maschinen beobachten.

Metal-Binder-Jetting-3D-Drucker sind in der Regel kostengünstiger und schneller als PBF-Systeme und verwenden leichter verfügbare Materialien.

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Zu ExOne, einem frühen Anbieter von Metall-Binder-Jetting-Technologie, gesellen sich nun mehrere Unternehmen wie Digital Metal, GE, Desktop Metal und HP.

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Insbesondere Desktop Metal und HP verfolgen die strategische Absicht, Binder Jetting zu einer Methode zu machen, die bei bestimmten Anwendungen mit traditionellen Fertigungsverfahren wie Schmieden und Gießen konkurrieren kann.

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In der Zwischenzeit hat der Markt für Metallhardware kürzlich ein neues Segment kompakter Metall-3D-Drucker gesehen.

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Maschinen dieser Kategorie haben in der Regel eine geringere Stellfläche als PBF-Systeme, sind preisgünstiger und haben eine kürzere Einarbeitungszeit. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen für kompakte Metall-3D-Drucker gehören das funktionale Prototyping und die Produktion kleiner Serien.

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Laut dem Forschungsunternehmen CONTEXT verzeichnete dieses Segment im Jahr 2019 einen Anstieg der Auslieferungen um 43 Prozent gegenüber dem Vorjahr. Desktop Metal und Markforged gehören zu den ersten Unternehmen, die mit ihren kompakten Metall-3D-Druckern auf diesen Bedarf reagiert haben.

3D-Drucker für Verbundwerkstoffe

In der diesjährigen AM-Landschaft wird ein neues Segment eingeführt: der 3D-Druck mit Verbundwerkstoffen. Im Jahr 2020 gibt es 10 wichtige Akteure in der Branche, die diese Technologie entwickeln, darunter Markforged, Fortify und Anisoprint.

Die traditionelle Verbundwerkstoffherstellung ist nach wie vor ein sehr arbeits-, ressourcen- und kapitalintensiver Prozess mit langen Designzyklen. Der Verbundwerkstoff-3D-Druck hingegen kann den Prozess durch die Automatisierung der Produktion von Verbundwerkstoffteilen vereinfachen.

Es gibt immer mehr marktreife Lösungen für den 3D-Druck mit Verbundwerkstoffen, die kommerzialisiert werden. So hat beispielsweise Desktop Metal Ende 2019 seinen Desktop-Fiber-3D-Drucker für Verbundwerkstoffe auf den Markt gebracht.

Dieser Schritt ist für ein Unternehmen, das sich bisher ausschließlich auf den 3D-Druck mit Metall konzentriert hat, ziemlich überraschend, deutet jedoch darauf hin, dass es große Chancen im reifenden Markt für den 3D-Druck mit Verbundwerkstoffen sieht.

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Ein weiterer positiver Indikator ist die wachsende Zahl von Investitionen in Unternehmen, die sich mit dem 3D-Druck von Verbundwerkstoffen befassen. Wir schätzen, dass in den letzten 12 Monaten mehr als 150.000.000 US-Dollar in Unternehmen investiert wurden, die sich mit dem 3D-Druck von Verbundwerkstoffen befassen, darunter Markforged, Fortify und 9T Labs.

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Herausforderungen bei der 3D-Druck-Hardware

Trotz der kontinuierlichen Weiterentwicklung der 3D-Druck-Hardware könnte dieser Bereich aufgrund der durch die COVID-19-Pandemie verursachten globalen Unsicherheit mit einigen Herausforderungen konfrontiert sein.

Scott Dunham, VP of Research beim Forschungsunternehmen SmarTech Analysis und Mitwirkender bei AM Landscape, prognostiziert, dass die Hardware-Verkäufe im Jahr 2020 wahrscheinlich nicht signifikant wachsen werden, obwohl es Hoffnung für den Materialbereich gibt:

„Die Hardware-Verkäufe werden wahrscheinlich stagnieren, da die Investitionsausgaben (zumindest) für den Rest des Jahres zweifellos knapp sein werden. Wir sind jedoch zuversichtlich, dass sich die Auslastungsraten für die bereits installierten Maschinen erholen und den Absatz neuer, endverbraucherorientierter Materialien ankurbeln werden.“

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Materialien

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Das Angebot an 3D-Druckmaterialien wächst weiter.

Im Jahr 2020 listet die Senvol-Datenbank bereits 2.245 verschiedene AM-Materialien auf, verglichen mit etwas mehr als 1.700 Materialien im Jahr 2019.

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Während Polymere nach wie vor die beliebtesten Materialien sind, holt die Nachfrage nach Metallen auf. In einer aktuellen Umfrage von EY gaben 40 Prozent der Unternehmen an, dass sie für ihre AM-Anwendungen Standardlegierungen verwenden möchten, während 31 Prozent Hochleistungslegierungen nannten.

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Trotz der positiven Aussichten für den Markt für 3D-Druckmaterialien bleiben die Materialkosten ein wesentliches Hindernis für die breite Einführung des 3D-Drucks. Im Jahr 2020 sind AM-Polymere und -Metalle immer noch um ein Vielfaches teurer als Nicht-AM-Materialien.

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Software

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Die Einführung des 3D-Drucks als digitale Fertigungstechnologie hat zu einer Nachfrage nach spezialisierter Software geführt, die AM-Prozesse vom Teiledesign bis zum Workflow-Management optimieren kann.

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„Der 3D-Druck ist mit seiner fast 35-jährigen Geschichte nichts Neues, aber in den letzten Jahrzehnten lag der Schwerpunkt vor allem auf Plattformen und Materialien. Was nun aufholt, ist die Software, die benötigt wird, um gedruckte Teile besser vorherzusagen, zu korrigieren und zu verwalten.“

Gregory Paulsen, Director of Application Engineering bei Xometry

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In der Entwurfsphase steht Simulationssoftware weiterhin im Mittelpunkt der Entwicklung von 3D-Druck-Software. Der Hauptgrund dafür ist das Potenzial, den derzeitigen Trial-and-Error-Ansatz zur Erzielung wiederholbarer 3D-Druckergebnisse zu reduzieren oder sogar ganz zu eliminieren.

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Gleichzeitig nimmt der Entwicklungsstand von Design-Softwaretools wie Topologieoptimierung und generatives Design zu.

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Wir sehen immer mehr Beispiele für topologisch optimierte Teile, die in kritischen Anwendungen wie Triebwerksteilen für die Luft- und Raumfahrt, Automobilkomponenten und medizinischen Implantaten zum Einsatz kommen.

Allerdings gibt es das Problem unzusammenhängender Werkzeuge zur Bauvorbereitung, was den AM-Workflow zusätzlich verkompliziert.

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Die gute Nachricht ist, dass dieses Problem gelöst wird: Entwickler von 3D-Druck-Software konzentrieren sich darauf, verschiedene Werkzeuge zur Bauvorbereitung zu integrieren, um einen optimierten Prozess zu ermöglichen.

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Mit einer solchen multifunktionalen Software können Benutzer Druckbarkeitsprüfungen durchführen, Teile auf einem Bauobjekt ausrichten, die Teilestruktur im Hinblick auf Gewichtsreduzierung optimieren, Stützen hinzufügen und Simulationsanalysen durchführen.

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Workflow- und MES-Software

Der Bedarf an Softwarelösungen, die die Schritte der additiven Fertigung verwalten können, wächst parallel zur zunehmenden Verwendung von AM in der Produktion. Unternehmen benötigen Rückverfolgbarkeit für ihre 3D-gedruckten Teile und die Möglichkeit, ihre AM-Prozesse effizienter zu steuern.

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Diese Anforderungen haben zur Entstehung eines relativ neuen Softwaresegments geführt, dem Manufacturing Execution System (MES), auch bekannt als Workflow-Software.

Derzeit sind mehrere MES-Lösungen auf dem Markt erhältlich, die sich jeweils in unterschiedlichen Reifestadien befinden. Das bedeutet, dass ein Unternehmen bei der Auswahl der richtigen Lösung letztendlich mehrere Faktoren berücksichtigen muss, wie z. B. die Integrationsfähigkeiten der Software und die Fähigkeit, steigende Produktionsmengen zu unterstützen.

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IP- und Sicherheitssoftware

Wenn 3D-Druckteile intern hergestellt oder an einen Lieferanten ausgelagert werden, wird der Schutz des geistigen Eigentums zu einem entscheidenden Faktor. Das bedeutet, dass Sicherheitssoftware eine wichtige Rolle dabei spielt, den Einsatz von 3D-Druck in einem Unternehmen zu ermöglichen.

Der 3D-Druck ist mit einem hohen Datenaufkommen verbunden, nicht nur zwischen der Hardware, sondern auch zwischen Abteilungen, Produktionsstätten und Lieferanten. Das bedeutet, dass Sicherheit zu einem zentralen Anliegen für jedes Unternehmen wird, das 3D-Druck für die Produktion einsetzt und seine Vermögenswerte kontrollieren sowie seine Konstruktionsdateien vor unbefugtem Zugriff schützen möchte.

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Obwohl Sicherheitssoftware im Vergleich zu anderen Softwarekategorien nach wie vor einen sehr geringen Anteil ausmacht, erwarten wir, dass sich dies in den nächsten Jahren erheblich ändern wird, da die Nachfrage nach maßgeschneiderten Sicherheitslösungen steigt.

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Nachbearbeitung

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Mit dem Einzug des 3D-Drucks in die Produktion gibt es große Bestrebungen, wichtige Herausforderungen bei der Nachbearbeitung zu überwinden, wie beispielsweise sehr manuelle und zeitintensive Nachbearbeitungsschritte.

Darüber hinaus macht die Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Teilen einen erheblichen Teil der Gesamtkosten pro Teil aus.

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„Die Nachbearbeitung hat einen enormen Einfluss darauf, ob Hersteller ihre Kostenziele erreichen können, wenn sie eine Serienproduktion anstreben.“

„Der Fokus sollte auf nachhaltigen Nachbearbeitungstechnologien liegen, die den Arbeitsablauf vollständig automatisieren, sobald die Teile aus dem 3D-Drucker kommen, und so die hohen Kosten eines arbeitsintensiven manuellen Arbeitsablaufs eliminieren. Nur wenn Einsparungen erzielt werden, ist eine Serienfertigung möglich.“

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Joseph Crabtree, CEO von Additive Manufacturing Technologies Ltd.

Eine Reihe von Unternehmen ist auf den Markt gekommen, um die Herausforderungen der Nachbearbeitung durch die Entwicklung automatisierter Lösungen für die Teilereinigung, Entpulverung, Oberflächenveredelung und Färbung anzugehen.

Einige von ihnen konzentrieren sich ausschließlich auf die 3D-Druckindustrie (wie Additive Manufacturing Technologies, DyeMansion, PostProcess Technologies), während andere große traditionelle Unternehmen sind (wie Rösler und Quintus Technologies), die Lösungen für den 3D-Druck entwickelt haben.

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Additive Fertigung im Jahr 2020: Die Zukunft der digitalen Fertigung gestalten

Ein Jahr nach der ersten Additive Manufacturing Landscape der AMFG ist es offensichtlich, dass die 3D-Druckindustrie seitdem erheblich gereift ist.

Neue Unternehmen sind mit neuen 3D-Drucktechnologien auf den Markt gekommen, Materialhersteller beschleunigen die Materialentwicklung und der Fokus liegt mehr denn je auf Automatisierung und Konnektivität.

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Trotz der aktuellen globalen Unsicherheit bietet die AM-Branche weiterhin zahlreiche Chancen. Wir sind zuversichtlich, dass AM gestärkt und konsolidierter denn je aus der globalen Krise hervorgehen wird. Eine wichtige Rolle dabei wird die kontinuierliche Zusammenarbeit innerhalb der Branche spielen – und wir haben bereits mehrere Beispiele für diesen Trend gesehen.

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Letztendlich scheint 2020 ein Jahr zu werden, in dem die additive Fertigung ihren Wert im Mainstream unter Beweis stellt und eine noch stärkere Position innerhalb der gesamten Fertigungsindustrie einnimmt.

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Das Whitepaper und die Infografik finden Sie hier.