El mercado de la impresión 3D es diverso; algunos materiales y aplicaciones están experimentando un importante crecimiento comercial, mientras que otros todavía están superando las barreras técnicas y económicas para su adopción. En la próxima década se producirán sin duda muchos cambios y se generarán muchos ingresos. Algo que será fundamental en todo esto serán los materiales; una cartera ampliada y adaptable será esencial para cualquier éxito. La informática de los materiales es un campo nuevo y apasionante que implica enfoques centrados en los datos para la I+D de materiales; esto está repercutiendo en numerosos sectores, incluido el de la impresión 3D. Ya está demostrando ser una colaboración natural entre estas dos tecnologías emergentes.
IDTechEx pronostica que el mercado tendrá un valor de 18.400 millones de dólares en 2030 sólo para los materiales de impresión 3D, y la actividad del mercado de las principales empresas demuestra claramente esta oportunidad mientras se posicionan para conseguir una cuota de mercado significativa. En los últimos años hemos visto múltiples noticias clave de gigantes químicos como BASF, Evonik, Mitsubishi Chemical, DSM y muchos más. Se prevé que el mercado de los polímeros atraviese un periodo de consolidación, inevitable con una tecnología que está madurando, pero eso no significa que la evolución del mercado de materiales esté cerca de completarse. Se prevé que el mercado de la fabricación aditiva de metales crezca hasta los 15.500 millones de dólares en 2030, tras un periodo de declive provocado por la pandemia de COVID-19, (véase la imagen). Hay una gran cantidad de cambios en este campo; dentro de la cadena de suministro de polvo, hemos visto múltiples adquisiciones y expansiones dirigidas, y todavía hay una gran cantidad de innovación y progresión tecnológica tipificada por los desarrollos de chorro de aglutinante y metal ligado. Más allá de los metales y los polímeros, se está prestando mucha atención a la cerámica, los materiales compuestos y las soluciones multimateriales, entre otros, todos ellos con sus propios retos y disruptores.
Previsión del mercado mundial de la fabricación aditiva de metales. Fuente: ‘Metal Additive Manufacturing 2020-2030’ (Fabricación aditiva de metales 2020-2030).
Uno de los principales obstáculos para la adopción en este campo ha sido la gama de materiales disponibles y sus propiedades. Los diseñadores están acostumbrados a tener una enorme gama de materiales entre los que elegir, y el hecho de que esa selección se haya reducido drásticamente ha dificultado el impacto en el mercado. Los materiales todavía tienen que ser diseñados para cada proceso de impresión y aplicación, por lo que la carrera está en marcha.
La informática de materiales (MI por su nombre en inglés) es una de las áreas más apasionantes de la ciencia de los materiales. Principalmente, la MI se basa en el uso de infraestructuras de datos y el aprovechamiento de soluciones de aprendizaje automático para el diseño de nuevos materiales, el descubrimiento de materiales para una aplicación determinada y/o la optimización de su procesamiento. El MI puede acelerar la dirección “hacia delante” de la innovación (las propiedades se obtienen para un material de entrada), pero la solución ideal es permitir la dirección ‘inversa’ (los materiales se diseñan teniendo en cuenta las propiedades deseadas o los criterios de procesamiento). Esto no es sencillo y aún está en una fase incipiente. En muchos casos, la infraestructura de datos no es completa y los algoritmos de MI suelen ser demasiado inmaduros para los datos experimentales dados. El reto no es el mismo que en otras áreas impulsadas por la IA (como los coches autónomos o las redes sociales), ya que a menudo los actores se enfrentan a datos escasos, de gran dimensión, sesgados y ruidosos; aprovechar el conocimiento del dominio es una parte esencial de la mayoría de los enfoques.
IDTechEx ha cubierto este tema en detalle, y en el informe de mercado se puede encontrar más información sobre la tecnología, los actores y las áreas de aplicación.
La impresión en 3D se ha convertido en un objetivo obvio para el uso de la informática de materiales y ya está produciendo algunos resultados muy prometedores. En este artículo se destacan algunos de los principales estudios de caso en este campo.
La informática de materiales puede desempeñar un papel en todas las fases de la investigación. Si este bucle puede cerrarse sin intervención humana, se abre incluso la oportunidad de los laboratorios autodirigidos. Para más información, consulte el informe de IDTechEx ‘Materials Informatics 2020-2030’.
Citrine Informatics es una de las empresas más notables que ofrecen productos y servicios de informática de materiales. Citan la fabricación aditiva como un área notable y, en un ejemplo destacable, trabajaron con HRL Laboratories para desarrollar una aleación de aluminio optimizada para la impresión 3D que fue certificada por la Asociación del Aluminio. El uso de la MI mejoró rápidamente este desarrollo y el tiempo de comercialización.
Intellegens es otro interesante actor de MI y también ha estado activo en aleaciones metálicas para la fabricación aditiva. Han llevado a cabo varios proyectos notables, incluyendo uno con GKN y otro con Boeing y AMRC. A principios de 2021, la empresa anunció una asociación clave con Ansys que los fusiona para el flujo de trabajo completo de la fabricación aditiva.
No todo son metales, de hecho una de las primeras áreas importantes para casi todas las empresas de MI ha sido la de las formulaciones químicas. Exponential Technologies es una joven empresa que incorpora conocimientos estadísticos al software de diseño de experimentos (DoE). La empresa entró en escena al ganar el desafío Formnext star-up en 2019 y comenzó con los procesos de SLM. Esto les ha llevado ahora a desarrollar resinas adecuadas para SLA con notables empresas químicas y otros trabajos con fabricantes de impresoras 3D.
Este concepto no es excesivamente nuevo, solo se está expandiendo rápidamente con las mejoras en las soluciones impulsadas por la IA, la expansión de las infraestructuras de datos y una mejor concienciación/educación dentro de la comunidad. El único modelo de negocio tampoco es ser un proveedor de SaaS o llevar a cabo proyectos de investigación. Otro enfoque puede ser desarrollar y demostrar un material en la propia empresa antes de conceder la licencia. Hay muchas empresas interesantes que hacen esto y proyectos de investigación. QuesTek Innovations es una de ellas, pionera en su enfoque de ingeniería de materiales computacional integrada (ICME) para una serie de aleaciones, incluidas las de fabricación aditiva. También hay empresas más jóvenes, como Alloyed (antes OxMet Technologies), Phaseshift Technologies y otras, que persiguen este modelo de negocio alternativo. OxMet Technologies se especializó anteriormente en aleaciones de níquel y recibió inversiones de JX Nippon Mining & Metals, Alloyed se ha asociado recientemente con TANIOBIS (una filial de JX Nippon Mining & Metals); mientras tanto, Phaseshift se centra en llevar al mercado aleaciones amorfas.
Como es el mantra del siglo XXI, “data is king”, y el diseño de materiales para la impresión 3D no está siendo una excepción. La creación de bibliotecas de materiales para la impresión 3D y la aceleración de su producción y desarrollo es un área emergente clave. La informática de materiales es un catalizador necesario para el mercado de la impresión 3D.
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