“Diverso e em desenvolvimento” é como a consultora IDTechEx define o mercado de materiais para a tecnologia de impressão 3D.
Os materiais variam em forma (pós, resinas, filamentos, etc.), propriedades de material (flexível, reforçado, duro, etc.), e aplicação (indústria médica, dental, gráfica, etc.), sendo difícil criar categorias para cobrir um mercado tão diverso. Além disso, os fabricantes continuam a adicionar inovações aos processos produtivos (processo seletivo termoplástico eletrofotográfico ou extrusão termodinâmica reativa), o que implica a criação de materiais específicos.
Para dividir o mercado da maneira mais abrangente, a IDTechEx faz uma segmentação de alto nível baseada no fator de forma dos materiais: pós termoplásticos, filamentos termoplásticos e resinas de fotopolímeros. Esses três dominam de forma esmagadora a indústria de impressão 3D de polímeros.
No entanto, cada uma dessas categorias de fator de forma contém muita variação e diversidade de materiais e cada um dos quais terá diferentes tendências de crescimento. Por exemplo, os filamentos de PLA (polilactídeo), um material de baixo custo estabelecido há muito tempo, têm uma posição e trajetória de mercado muito diferentes em comparação com os filamentos de PEEK (poliéter éter cetona), um material de alto desempenho e mais caro. Portanto, é útil segmentar ainda mais essas três categorias para examinar as tendências que se desenvolvem para categorias mais específicas.
A IDTechEx optou por usar uma mistura de categorias baseadas em propriedades de materiais (ou seja, Engenharia (Nylon), Flexível, Reforçada etc.) segmentos para pós termoplásticos, seis para filamentos termoplásticos e seis para resinas de fotopolímeros para um total de dezassete diferentes segmentos de materiais de fabricação de aditivos poliméricos.
A IDTechEx refere que, embora os filamentos sejam a matéria-prima dominante em receita em 2022, estão a perder terreno para resinas e pós, que são usados por tecnologias de maior rendimento com matéria-prima mais cara. O principal exemplo disso seriam os pós termoplásticos, que se beneficiam do uso de sinterização seletiva a laser (SLS) e fusão multijato (MJF), duas tecnologias de impressão de alto rendimento voltadas para aplicações de alto volume. Além disso, o material em pó termoplástico mais comum, o nylon, custa a partir de US$ 100-120 por quilo, muito acima do preço inicial de filamentos termoplásticos populares como o PLA, que começam em US$ 15-20 por quilo. Esses dois fatores fazem com que a receita gerada pelas vendas de pós termoplásticos ultrapasse a dos filamentos termoplásticos e resinas fotopolímeras até 2033.
Drivers que influenciam o desenvolvimento de materiais poliméricos para impressão 3D
Embora essas previsões da IDTechEx descrevam como os materiais poliméricos AM evoluirão nos próximos 10 anos, não abordam as forças de mercado que influenciam o desenvolvimento de materiais poliméricos, que são essenciais para entender completamente a indústria de materiais poliméricos AM. Os dois fatores mais importantes podem ser amplamente divididos em A) a necessidade de reduzir o custo dos materiais e B) a necessidade de aumentar o portfólio de materiais poliméricos disponíveis para AM.
Em primeiro lugar, o custo dos materiais continua a ser uma preocupação premente para os utilizadores de AM. De acordo com uma pesquisa de 2021 do fornecedor multinacional de materiais Jabil, 53% dos entrevistados relataram que um dos principais desafios que enfrentam com a impressão 3D é que os materiais AM são muito caros para serem usados em escala. Em geral, o custo dos materiais para uma peça impressa em 3D representa uma proporção muito maior do custo unitário final do que com uma peça fabricada tradicionalmente.
Um estudo da Universidade de Nottingham descobriu que, para uma determinada peça SLS, os custos de material representavam quase um terço do custo unitário total. Embora se espere que o custo por quilo de polímeros de AM diminua à medida que a economia de AM aumenta, os fornecedores de materiais de AM ainda estão a explorar diferentes abordagens para reduzir os custos inerentes à produção de materiais, como a redução dos custos iniciais de matéria-prima para reduzir o custo do material AM final. Alguns procuram converter resíduos ou materiais reciclados em filamentos para conseguir isso, enquanto a startup polonesa AlphaPowders está a desenvolver equipamentos que convertem pó termoplástico sintetizado de forma barata em pó de grau AM. Outra abordagem envolve o desenvolvimento de equipamentos de produção de materiais AM de baixo custo.
O DLR Institute of Composite Structures and Adaptive Systems procurou tornar os materiais compósitos de polímeros de fibra contínua mais baratos de produzir, fabricando equipamentos de custo mais baixo. Outra abordagem concentra-se no uso de técnicas de projeto aditivo, como projeto generativo e estruturas, para reduzir o consumo de materiais em comparação com peças fabricadas tradicionalmente, embora isso não altere o custo básico do material por quilo, ajuda a reduzir o custo total dos materiais por peça.
Em segundo lugar, a falta de materiais necessários é outra preocupação, com a mesma pesquisa da Jabil a constatar que um terço dos utilizadores entrevistados referem que um dos principais desafios é que os materiais necessários não estão disponíveis para impressão 3D. Esse desafio também é agravado pelo fato de que os polímeros de alto desempenho mais desejados para aplicações de uso final tendem a ser os mais caros. Ainda assim, as empresas de impressão 3D continuam a lançar materiais que visam indústrias específicas. Por exemplo, várias empresas como a Desktop Metal e a PrintFoam desenvolveram materiais de espuma "verdadeiros" para impressão 3D, que visam melhorar a espuma "digital" comum na impressão 3D, que emula a espuma. Outro exemplo seria o desenvolvimento de materiais dielétricos para aplicações de radiofrequência por empresas como Fortify (em colaboração com a Rogers Corporation) e Nanoe.
Previsões de mercado
O relatório "Polymer Additive Manufacturing 2023-2033: Technology and Market Outlook" da IDTechEx prevê a receita futura, base instalada e procura de materiais para o mercado de polímeros AM, segmentando a tecnologia e o mercado de materiais em 10 categorias de processo, 3 fatores de forma de material, e 17 categorias de materiais individuais. Além disso, a IDTechEx analisa 20 tecnologias de impressão de polímeros estabelecidas e emergentes e fornece uma discussão detalhada sobre o mercado de materiais. Para mais informações consulte o relatório.
