DESCRIZIONE, DIMENSIONI E PROSPETTIVE
VALORE: Secondo un accurato studio effettuato da un centro ricerche canadese (www.precedenceresearch.com) il mercato globale della stampa 3D nel 2024 ha un valore di 24.6 miliardi di dollari, in crescita del 18% rispetto al 2023 e con previsione di raggiungere i 120 miliardi/$ entro il decennio. Ma osservandola con approccio più analitico, l’industria della manifattura additiva è un aggregato di vari segmenti:
- Hardware ovvero macchine con diverse tecnologie:
- sinterizzazione di polveri plastiche “SLS-MJF”
- fotopolimerizzazione resine plastiche “SLA/DLP”
- getto di resine plastiche “MJP-PLJ”
- estrusione di filamenti plastici “FDM/FFF”
- sinterizzazione polveri metalliche “SLM/DMP”
- altre varianti.
- Consumabili ovvero materiali di costruzione e di supporto (o componenti di ricambio)
- Software cioè interfaccia di stampa “slicer” e altri strumenti di progettazione monitoraggio e gestione dei processi manifattura additiva
- Servizi connessi, come consulenza, fornitura e assistenza
Stando più strettamente agli oggetti stampati in 3D, anche queste applicazioni sono molto diverse e in generale si possono distinguere in base alla tipologia di utilizzatori (consumer, professional o industrial), alla tipologia di commessa realizzata (prototipazione, produzione da uso intermedio per esempio posaggi, maschere, dime… o produzione da uso finale per esempio componenti di montaggio), o alla tipologia di settori industriali in vengono usate (Automotive, Aerospace, Meccanica, Costruttori terzisti, Componenti e attrezzature, Engineering, Packaging, Medicale, Gioelleria…)
STATO DELL’ARTE: In generale si può dire che la crescita del mercato delle stampanti 3D è guidata dalla crescente esigenza di ottenere prodotti performanti e conformati, di ridurre costi e tempi di produzione, di proporre una offerta personalizzata. All’interno della torta globale, geograficamente la fetta maggiore è del mercato è localizzata nei paesi ad economia più avanzata (la quota maggiore in assoluto nel Nord America, poco sotto l’Europa e l’Asia pacifica) mentre il resto del mercato mondiale rimane ancora marginale. Gli USA e il Canada rimangono i principali attuatori delle innovazioni di prodotto e di processo, in una varietà di modi anche connessi a realizzazioni consumer come abbigliamento tecnico e dispositivi elettronici. L’Europa è la regione con crescita più rapida negli ultimi anni, grazie a competenze di manifattura additiva più profonde e diffuse in ambito Fabbrica4.0, ma è la Cina che in tendenza sta consolidando in modo importante la propria posizione, lasciando prevedere sviluppi notevoli nell’industrializzazione.
TIPOLOGIA DI STAMPANTI: Oggi si vendono circa 2.5 milioni di stampanti 3D in tutto il mondo. I ricavi del settore in valore provengono per il 65% dalla vendita delle stampanti (macchine), sistemi che per oltre tre quarti sono di livello industriale; invece i materiali d’uso si dividono praticamente a metà tra metallo e plastica; la crescente importanza della qualità e rapidità dello sviluppo dei prodotti, la digitalizzazione dei processi produttivi e la disponibilità di sistemi industriali insieme più efficienti e più accessibili, sono i fattori di traino del mercato. Tra le diverse tecnologie – che sono “il motore” delle stampanti 3D, ognuno caratterizzato da vantaggi e svantaggi tipici da ponderare in base alle specifiche esigenze del committente – la stereolitografia “SLA” ha trainato il mercato; pur essendo la soluzione più antica in assoluto (il primo brevetto della storia, depositato da 3DSystems), nel tempo si è evoluta con una scelta più ampia di declinazioni possibili e rimane tuttora adatta a molte applicazioni. Se anche l’estrusione “FDM-FFF” mantiene una quota di mercato considerevole nel 2023, per le altre è possibile immaginare una adozione “a macchia di leopardo”, in base all’adeguatezza a nicchie realizzative. Le stampanti 3D di tipo amatoriale (compatte ed economiche, spesso di basa qualità e affidabilità), sono circolate a partire dai primi anni 2000 soprattutto tra hobbisti e piccoli professionisti o in ambiti didattici come scuole, centri ricerca/università e “Fab-Lab” ovvero circoli dove le stampanti 3D vengono usate per realizzare componenti personalizzati sulle specifiche del cliente e per attività/commesse correlate a quelle aziendali; oggi però sempre più iniziano a diffondersi anche in ambito domestico.
TIPOLOGIE DI MATERIALI E ALTRI USI VERTICALI: Il mercato dei consumabili, cioè dei materiali di costruzione usati dai proprietari di stampanti 3D, in termini di valore è sostanzialmente diviso a metà tra metalli e plastiche; nella quota dei primi l’acciaio inox è quello più utilizzato, tra le seconde i polimeri sono la tipologia in più rapida crescita. Il campo medicale è stato uno dei primi ad adottare la stampa 3D in ambito professionale e tuttora ne fa uso in una varietà di applicazioni (dalle guide chirurgiche alle protesi, dalle attrezzature intermedie agli innesti da uso finale ma – all’occorrenza, per esempio durante la pandemia Covid – anche valvole di ventilazione, visiere protettive e tamponi). In questo senso la possibilità di personalizzazione, la disponibilità di materiali certificati e la versatilità realizzativa sono i driver di sviluppo, anche per altri settori. Anche per i software si prevede una dinamica particolarmente interessante nei prossimi anni, connessa alla crescente richiesta scansioni, che permettono di conservare i files ottenuti da reverse-engineering, modificarle all’occorrenza e nel caso avviarle immediatamente a realizzazione tramite stampa 3D.
TIPOLOGIA DI SETTORE E APPLICAZIONI: La destinazione d’uso degli oggetti stampati in 3D è per oltre il 50% in applicazioni di prototipazione, realizzate per lo più (11%) in polimeri plastici o compositi; il settore d’uso in cui la stampa 3D è più diffusa è l’automobilistico (25%), perché qui i processi realizzativi qui sono straordinariamente più efficienti (risparmio tempo/costo) rispetto a quelli tradizionali di stampaggio ad iniezione o fresatura CNC soprattutto nella costruzione di pezzi unici o di piccole tirature. Oltre a questo tipo di applicazioni tipiche, è la produzione di attrezzature che si prevede guiderà la crescita nei prossimi anni; la sempre maggiore disponibilità di tecnopolimeri ad alta resistenza (PEEK, PEKK, ULTEM, compositi con fibre di carbonio e vetro…) è un volano a questo tipo di sviluppo. Per il resto le stampanti 3D hanno dinamiche nettamente separate tra ambito consumer/professional e ambito industriale. L’uso estensivo della stampa 3D è particolarmente radicato in settori come l’elettronica, l’automobilistico, il militare, l’aerospaziale, il medicale e la gioielleria, dove i sistemi hanno dimostrato di rendersi particolarmente utili nelle attività di prototipazione, di evoluzione e di costruzione di attrezzature lungo tutta la linea di produzione; questa tendenza si consoliderà. Il settore meccanico, dell’oil&gas e dell’energia (insieme ad altri settori come il medicale e la gioielleria) utilizzano la stampa 3D per la propria produzione; ma anche in altri campi (miniature, dell’arte, calzature, abbigliamento) si nota una crescita. L’uso estensivo nei dipartimenti di Ricerca& Sviluppo delle aziende medio-grandi di produzione continuano a stimolare il mercato, perché affrontano sempre maggiore e più complessa concorrenza quindi sono costrette ad investire in dotazioni tecnologiche a sostegno della propria concorrenzialità sul mercato. La disponibilità oggi di macchine più versatili ed accessibili che in passato e di materiali di costruzione sempre più performanti e sostenibili sta permettendo agli utilizzatori delle stampanti 3D di essere più efficienti nei processi interni e più dinamici nell’offerta all’esterno. La pandemia e altre crisi globali recenti verificate nelle catene di approvvigionamento hanno agevolato la diffusione della manifattura additiva, anche come (parziale) rimedio all’emancipazione da fornitori terzi.
Le applicazioni di stampa 3D ad uso personale – “amatoriale” – rimane perlopiù ancorato a scopi dimostrativi, di design e decorazione, di oggettistica occasionale ed altre piccole produzioni.
TENDENZE
APPROCCI ALL’USO: Secondo una indagine effettuata da PLM (www.plmgroup.eu) tra aziende di vari settori (ingegneria, costruzione macchinari e attrezzature, enti di ricerca e formazione, produzione di beni di consumo…), quasi tutti i referenti industriali intendono usare la manifattura additiva. Il criterio più importante di scelta è la riduzione del lead time e dei tempi di consegna, insieme alla necessità di controllo/autonomia sugli approvvigionamenti; ma anche la riduzione generale dei costi rimane la motivazione fondamentale.
Grazie alle soluzioni di stampa 3D, il 43% degli intervistati dichiara di ottenere “miglioramenti significativi”, il 29% “alcuni miglioramenti”, il 21% ritiene che si tratti comunque di processi “game-changing” da monitorare nel medio periodo; solo il 7% dichiara di non aver verificato alcun miglioramento rispetto ai processi tradizionali di stampo a iniezione o fresatura e di escludere qualsiasi interesse anche per il futuro. e aziende dimostrano quindi di apprezzare soprattutto le proprietà meccaniche dei pezzi, più che il solo risparmio tempo-costo di produzione rispetto agli analoghi tradizionali; così aumentano le applicazioni da uso intermedio (per esempio maschere, dime, attrezzature) lungo la linea di produzione, se non addirittura da uso finale (componenti, ricambi). Come si nota, pur essendo ormai consolidato a livello globale e molto evoluto rispetto al suo debutto (circa 40 anni fa), la stampa 3D è oggi un mercato tutt’altro che maturo, in cui si possono facilmente prevedere margini considerevoli. Nuove crisi – competizione sempre più spinta, complessità delle catene di approvvigionamento, rapidità del time to market – e nuove opportunità (costi e facilità d’uso dei sistemi di manifattura additiva, prezzi e performance dei materiali di costruzione) sono ancora tutte da raccogliere.
La quantità di materiali stampati in 3D ha registrato un’enorme crescita secondo gli intervistati. La plastica risulta il materiale più usato, nell’80% delle risposte. D’altronde esistono ormai materiali di tutti i tipi, sebbene vadano distinti in base alle prestazioni: i polimeri di base possono (PA, ABS, PLA…) hanno un valore funzionale ma normalmente di poco valore, mentre i tecnopolimeri ad alta prestazione (PEEK, PEKK, ULTEM…) aggiungono molto valore d’uso; quindi i tecnopolimeri e compositi sembrano la frontiera più dinamica.
FATTORI DI SCELTA E CRITICITA’ RESIDUE: La qualità di stampa è l’elemento più importante per le aziende che valutano investimenti diretti in stampanti 3D industriali; in particolare la precisione/raffinatezza è un elemento molto importante (70% circa degli intervistati) compatibilmente con l’integrazione all’interno di processi produttivi, ma anche velocità di stampa (a seconda delle diverse tecnologie di stampa 3D di interesse) e soprattutto le caratteristiche meccaniche (resistenza, stabilità) dei pezzi realizzati. Nonostante la grande crescita e le grandi opportunità, l’adozione della stampa 3D è in qualche modo ancora frenata da alcune barriere all’entrata: da una parte le inerzie “ideologiche” (“si è sempre fatto così”) che si incontrano in realtà più piccole e meno dinamiche, dall’altra la concorrenza dei sistemi tradizionali come la fresatura e lo stampaggio ad iniezione che offrono costi-pezzo molto competitivi nella produzione di grandi tirature; dall’altra ancora la sostenibilità dei costi di passaggio al flusso di lavoro digitale (non solo l’investimento nei sistemi ma anche la formazione del personale e le eventuali certificazioni), infine la progettazione CAD (disporre di files tridimensionali dei componenti da realizzare, in formato stl, stp o altri) che per alcuni può essere ancora un problema.