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3D-Druck Material-Start-Ups Neun Start-ups, die auf dem Weg sind, die additive Metallfertigung zu verändern

| Redakteur: Steffen Donath

Die additive Fertigung und damit auch der Metalldruck wachsen schnell. Wo stoßen die Unternehmen an ihre Grenzen? Was wird der nächste Technologiesprung?

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Die additive Metallfertigung ist eine der vielversprechensten Technologien im Bereich des 3D-Drucks. Dementsprechend werden auch viele Start-Ups gegründet.
Die additive Metallfertigung ist eine der vielversprechensten Technologien im Bereich des 3D-Drucks. Dementsprechend werden auch viele Start-Ups gegründet.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Der Markt der additiven Metallfertigung wird durch die Pandemie 2020 negativ beeinflusst werden. Trotz dieses kurz- bis mittelfristigen Rückschlags wird die Branche in 10 Jahren einen Jahresumsatz von mehr 10 Milliarden. Dollar überschreiten. Ein großer Teil des prognostizierten Jahresumsatzes wird aber der Materialhandel erzielen, in dem es ein großes ungenutztes Potenzial gibt. Aktuell beherrschen die etablierten 3D-Druck-Unternehmen fast alle Schlagzeilen, doch es gibt einige Start-Ups, die Phalanx der Etablierten zu durchbrechen.

Wo steht der Markt für 3D-Metalldruck

Der aktuelle Marktbericht von ID Tech Ex, "Metal Additive Manufacturing 2020-2030", prognostiziert der Branche, dass sie kurz schrumpfen und dann auf über 10 Milliarden Dollar steigen wird, wobei ein großer Teil dieses Jahresumsatzes auf den Materialhandel entfallen wird.

Das Materialportfolio für AM-Prozesse basiert bisher überwiegend auf der Modifizierung bestehender Materialien und Lieferketten. Metallpulver sind das gebräuchlichste Ausgangsmaterial, wobei Titan, Stähle, Aluminium, Metalla auf Nickelbasis oder Kobaltbasis, Kupfer, Edelmetalle und mehr zum Einsatz kommen. Im Titan-Sektor, einem der wichtigsten Werkstoffbereiche, ist der Markt stark in Bewegung, mit Expansionen (wie bei Sandvik, Oerlikon und Tekna), vertikaler Integration innerhalb der Schlüsselbranchen (wie bei GE Additive und Carpenter) und Joint Ventures (wie bei GKN mit TLS Technik). Seitens bestehender Metallpulverhersteller besteht ein großes Interesse in den Markt einzutreten, da sie diesen Sektor sowohl als Chance, als auch als Bedrohung sehen. Insbesondere für Materialien wie Titan sind Zerstäubungsverfahren jedoch nicht einfach, da die Zerstäubung weniger wirtschaftlich ist und eine Herausforderung darstellt, die das entsprechende Material teuer hält. Ganz zu schweigen davon, dass die Reinheit, die Größenverteilung und die Form exakte Parameter erfordern. Ein Trend liegt in der Verwendung anderer Metallrohstoffe, wobei Draht der nennenswerteste ist.

Häufig wird am Metallsektor der additiven Fertigung kritisiert, dass Materialien teuer sind, typischerweise aus bestehenden Materialien modifiziert werden und nicht das volle Potenzial der Prozesse ausschöpft wird. Die derzeitigen Akteure haben dies schon vielfach optimiert, aber das Risiko für fehlerhaftes Material ist weiter vorhanden.

Neun Start-Ups im Materialbereich mit Potential

Wir stellen neun Start-ups vor, die im Metall-3D-Druck-Bereich etwas bewirken können. Sie befinden sich in unterschiedlichen Graden der Technologiebereitschaft und verfolgen unterschiedliche Ansätze. Trotz des langfristigen Marktpotenzials ist ihr Erfolg alles andere als garantiert, wie man an den aktuellen Turbulenzen des Marktes sehen kann. Es gibt allgegenwärtige Herausforderungen in Bezug auf den Zeitpunkt, das Angebot und das Geschäftsmodell, um wettbewerbsfähig zu sein und sich im Markt zu positionieren.

Neue Verfahren

Ein erster Bereich sind neue Ansätze in der Pulverherstellung. 6K (ehemals Amastan Technology) verwendet ein Mikrowellen-Plasmasystem mit sehr hoher Ausbeute für die Herstellung von Inconel und Titanlegierungen. Das Start-Up Equispheres verwendet einen neuartigen Ansatz zur Erzeugung sehr kugelförmiger Pulver mit niedriger Partikelgrößenverteilung. Beide Unternehmen haben in den letzten Jahren beträchtliche Fördermittel erhalten, um den kommerziellen Markteintritt zu schaffen. Ein weiteres Start-Up, Uniformity Labs, hat einen Ansatz zur Herstellung dichterer Partikel entwickelt. Wie bei den hochgradig kugelförmigen konsistenten Pulvern von Equispheres kann dies eine viel höhere Verarbeitungsmenge im Druckprozess ermöglichen.

Recycelte Einsatzmaterialien

Ein wichtiger Antrieb bei der additiven Herstellung von Titanteilen in der Luft- und Raumfahrt ist die Reduzierung der Buy-to-Fly-Ratio. Dies gilt sowohl für die Kosten des frischen Materials als auch für die Wiederverwendung des Schrottes. Ein Ziel ist es, Titanschrott in verwendbares AM-Pulver und upgecycelte Titanteile umzuwandeln. Die bereits erwähnten Unternehmen Tekna und 6K treiben diesen Bereich voran, wobei 6K hierfür AL Solutions erworben hat. Ein weiteres Start-up-Unternehmen, das hier aktiv ist, ist MolyWorks mit interessanten Ansätzen bei der Entwicklung einer mobilen Gießerei.

Aluminium, Stähle, Kupfer und MMCs

Titan ist einer der bemerkenswertesten Materialrohstoffe für die additive Fertigung, aber Ingenieure wünschen sich ein breiteres Spektrum an Materialien, insbesondere mit preiswerteren Aluminium- und Stahllegierungen, mit denen sie sich auskennen. Equispheres zielt auf Aluminiumlegierungen ab, da sie hier aktuell eine Marktlücke sehen. Elementum 3D verfügt über das geschützte Reactive Additive Manufacturing (RAM)-Verfahren, mit dem in-situ-Reaktionsprodukte traditionelle Herausforderungen wie Partikelstrukturen überwinden.

Elementum 3D hat Fördermittel erhalten und erweitert sein Portfolio, das sowohl Aluminium der Serien 6000 und 7000 als auch Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC) umfasst. MMCs sind seit langem bekannt, sind bis jetzt aber nur in bestimmten Nischen zu finden. Die additive Fertigung könnte dies ändern, und MMC-Anbieter im Frühstadium, wie z.B. Gamma-Alloys, beginnen deshalb, sich auf diese Opportunität zu konzentrieren.

Bei kostengünstigen Produkten in mittleren bis hohen Stückzahlen ist Stahl das dominierende Material. Stahl wird bereits für die meisten Verfahren angeboten und ist ein Spitzenreiter bei den Strahlverfahren für gebundenes Metall und Metallbinder. Das Start-Up Formetrix wurde 2018 aus NanoSteel ausgegliedert und zielt mit seinen patentierten Werkzeugstählen auf AM-Prozesse ab. Letztlich ist Kupfer das Material, welches diese Technologie in unzählige Richtungen führen könnte. Die Herausforderungen sind vielfältig, aber mit einer wachsenden Zahl aufkommender Anbieter ist es nur eine Frage der Zeit, bis diese bewältigt werden können.

Werkstoff-Informatik

Die Materialinformatik ist der datenzentrierte Ansatz für materialwissenschaftliche F&E, der durch verbesserte Dateninfrastrukturen und maschinelle Lernansätze ermöglicht wird. Ein Zielmarkt sind additive Fertigungslegierungen. QuesTek Innovations, Intellegens, Exponential Technologies und Citrine Informatics sind alle auf diesem Gebiet aktiv, wobei letztere mit HRL Laboratories zusammenarbeiten, um eine von der Aluminium Association registrierte AM-Aluminiumlegierung herzustellen. Viele bieten nicht nur Plattformen und Forschungsprojekte an, sondern nutzen diese fortschrittlichen F&E-Ansätze auch zum Aufbau von IP-Portfolios. OxMet Technologies führt dies für mehrere Legierungen durch, insbesondere für Hochtemperatur-Nickel-Superlegierungen. Phaseshift Technologies zielt auf amorphe Legierungen ab, wobei die schnelle Abkühlgeschwindigkeit des Druckprozesses genutzt wird.

Exotische Werkstoffe

Bisher nicht realisierbare amorphe Legierungen und MMCs gewinnen ebenfalls bei der additiven Fertigung immer mehr an Bedeutung. Heraeus steht bei der Arbeit mit amorphen Legierungen in AM an vorderster Front und fertigt eine Vielzahl von Demonstrationsteilen. Dieser Fortschritt über konventionelle Legierungen hinaus ist von bedeutendem Potential für die additive Fertigungsindustrie und wird am besten anhand der High Entropy Alloys (HEAs) veranschaulicht; HEAs beschäftigen Forschung und Entwicklung seit langem, aber AM könnte den Schlüssel zur Erschließung ihres Potentials sein. QuesTek Innovations und Metalysis waren beide auf diesem Gebiet aktiv, aber erst 6K druckte Ende 2019 das erste Bauteil der Welt aus diesem Material.

Die Aktivitäten der vorgestellten Start-Ups zeigen die Breite der Entwicklungen, die im Materialportfolio für die Metallzusatzherstellung stattfinden.

Weitere Prognosen und detaillierte Materialinformationen finden Sie im kostenpflichtigen ID Tech Ex-Marktbericht, "Metal Additive Manufacturing 2020-2030".

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal ETMM erschienen.

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