3D印刷・複合材料 2021-2031：技術と市場分析

3D Printing Composites 2021-2031: Technology and Market Analysis

複合材料の3Dプリントは、商業的にも大きな転換点を迎えています。ポリマー材料の3Dプリントでは、機械的な限界があり、繊維強化（またはその他の機能性）の恩恵を受けることができます。また、複合... もっと見る

出版社	出版年月	電子版価格	ページ数	言語
IDTechEx アイディーテックエックス	2021年7月7日	US$6,500 電子ファイル（1-5ユーザライセンス）ライセンス・価格情報・注文方法はこちら	172	英語

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サマリー

複合材料の3Dプリントは、商業的にも大きな転換点を迎えています。ポリマー材料の3Dプリントでは、機械的な限界があり、繊維強化（またはその他の機能性）の恩恵を受けることができます。また、複合材の製造はコストがかかることが知られていますが、このような困難な課題には、積層造形法が可能にする型なしのラピッドプロトタイピングと自動化されたアプローチが有効です。

IDTechExは、この市場は急速に拡大し、2031年には20億ドルに達すると予測しています。

技術・材料分析

本レポートでは、ガラス繊維と炭素繊維の熱可塑性プラスチックが市場の大半を占める繊維強化ポリマー（FRP）に焦点を当てています。

複合材料の3Dプリントには様々なアプローチがありますが、重要なのは材料（連続繊維とチョップドファイバー、熱可塑性と熱硬化性）とプリンタの特性で、産業組織に適したものか、プロシューマーやホビー用のデスクトップ機器に適したものかを検討します。

IDTechExのアナリストは、広範なプライマリーインタビューと長期にわたる市場調査に基づき、包括的なプリンタメーカー分析とプリンタのベンチマーク調査を行っています。

これは、市場の可能性、技術的な差別化、ペインポイント＆制限、そして市場の状況を理解するために不可欠です。主要な市場ニュース、パートナーシップ、買収などもすべて詳細に調査しています。より多くの資金が投入され、関心が高まることで成長が促進されるでしょうが、IDTechExは中期的には必然的に統合されると予想しています。

熱可塑性フィラメントの押出成形、シートラミネーション、粉末床融合（例：SLS）に焦点を当てた専門の章があります。

フォトポリマー内でのチョップドファイバーの整列、高スループットの多軸プリンター、大型化、ファイバー含有量の増加、マルチマテリアル機能など、数多くの新技術が開発されています。

最後に、複合材料の自動製造における最新の開発状況と比較します。

AFP＆ATLプロセスやオルガノシートのピックアンドプレースロボットなど、3Dプリンティングがこの業界で果たす役割を理解するためには、多くのことを知っておく必要があります。

* より大きな異方性機能を達成するために整列させることができる **多くの場合、AFP、ATL＆FWとin-situコンソリデーション技術との重なりが大きい。

*すべてのFDM/FFFプリンターが複合フィラメントを使用できるわけではなく、多くの場合、耐性のあるノズル、より高い温度範囲、その他の機能を備えた、より特殊なソリューションが必要となります。

3D Printing Composites 2021-2031: Technology and Market Analysis

業界の中心となるのは、使用される材料です。

これらの材料は、部品の特性やプリンタの要件を決定するものであり、また、採用されている競争力のあるビジネスモデルの中心でもあります。本レポートでは、材料メーカーの包括的な評価と、価格と特性のベンチマーク調査を行っています。

市場予測とアプリケーション

ほぼすべてのケースにおいて、技術の採用は、金属の代替として、あるいは既存の複合材部品をより経済的に製造する方法として、ツーリング、プロトタイピング、または少量の部品製造を介して行われています。

最も一般的な使用例は、工具や治具を提供することで、メーカーがプロセスを差別化・高速化したり、以前は不可能だった特定の機能を社内に導入したりすることができるというものです。アプリケーションは急速に拡大しており、エネルギー、航空宇宙・防衛、高級品・スポーツ用品、宇宙、海洋、医療、自動車・モータースポーツ、ロボット、鉄道、電子機器・部品など、多くのエンドユーザーがこのプリンターの価値を見出しています。

本レポートでは、詳細なプライマリー・インタビューと深い技術的知識により、以下のような業界の偏見のない展望を読者に提供しています。

主要なケーススタディとエンドユーズ・アプリケーションのハイライト例
地域別流通およびプリンタ・プロセス別の市場シェア
投資資本の歴史的傾向
エクストルージョン・ベースのプリンタの10年市場予測（台数および売上高）プリンタタイプ別（デスクトップ用 vs 工業用、熱可塑性 vs 熱硬化性）
材料需要の10年市場予測（材料タイプ別）およびサービス・ソフトウェアの10年市場予測。

また、より大きな複合材料市場、世界の3Dプリンティング業界、COVID-19パンデミックが業界に与えた影響などの観点からも考察しています。

レポート購入対象者

本レポートは、複合材の3Dプリンティング市場に関わる人、または関わろうとしている人を対象としています。

サプライチェーンに関わる企業（材料企業など）
3Dプリンティング企業（すでに複合材に関わっている企業、または機会をうかがっている企業）
複合材製造企業および自動化への広がり
エンドユーザー

エンドユーザー：

航空宇宙、防衛、エネルギー、スポーツ、高級品、R&Dセンター、海洋、宇宙、自動車、そして一般的には製造装置のための工具や治具を提供する企業
外部プレイヤーと投資家

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Summary

この調査レポートでは、ガラス繊維と炭素繊維の熱可塑性プラスチックが市場の大半を占める繊維強化ポリマー（FRP）に焦点当てています。複合材料の3Dプリントには様々なアプローチがありますが、重要なのは材料とプリンタの特性で、産業組織に適したものか、プロシューマーやホビー用のデスクトップ機器に適したものかを詳細に調査・分析しています。

主な掲載内容（目次から抜粋）

要約と結論
3Dプリンティング市場の概要
軽量化の概要
複合材料
3D 印刷材料: 概要

Report Details

3D printing of composite materials is reaching a commercial tipping point. 3D printing of polymer materials can have mechanical limitations that benefit from fiber reinforcement (or other functionalities), and composite manufacturing is known to be costly, and challenging this can benefit from the moldless, rapid prototyping and automated approach that additive manufacturing enables.

IDTechEx forecast that the market will rapidly rise to reach $2bn by 2031. This market report provides a comprehensive view for 3D printing market for composite material including granular 10-year forecasts, material and printer benchmarking studies and interview-based company profiles.

Technology & Materials Analysis

This report focusses on fiber reinforced polymers (FRP), with most of the market dominated by glass fiber and carbon fiber thermoplastics. This is not a brand-new technology; it has been built upon the growth of the 3D printing industry at large and has taken time to develop and reach a point of commercial maturity.

There are numerous approaches to 3D printing composite material, with key considerations around the material (continuous fiber vs chopped fibers ; thermoplastic vs thermoset) and the printer properties that make it appropriate for an industrial organisation or a desktop device for a prosumer or hobbyist.

Based on extensive primary-interviews and an extended period studying the market, IDTechEx analysts have provided a comprehensive printer manufacturer analysis and printer benchmarking study. This is essential to understand the market potential, technology differentiation, pain points & limitations, and the market status. The key market news, partnerships and acquisitions are all explored in detail; with more funding arriving and increasing interest then this will facilitate the growth but IDTechEx anticipate an inevitable consolidation in the mid-term.

There are dedicated chapters focusing on: thermoplastic filament extrusion, sheet lamination, powder bed fusion (e.g. SLS), thermoset dispensing, and vat photopolymerization.

There are numerous emerging technology developments, from those achieving chopped fiber alignments in a photopolymer, high-throughput, multi-axis printers, larger scales, increasing the fiber content, multi-material capabilities, and more. These are developments are detailed throughout the report.

Finally, this is compared against the latest developments in the automated manufacturing of composite material. Be it through AFP & ATL processes or via pick-and-place robots for organosheets, there is much to be aware of to understand the role that 3D printing can play within this industry.

* Can be aligned to achieve greater anisotropic functionality **In many case large amount of overlap with AFP, ATL & FW with in-situ consolidation techniques. *** Not all FDM/FFF printers can use composite filaments, often more specific solutions are required with resistant nozzles, higher temperature ranges and other features (material dependant). Sheet Lamination uses long rather than continuous fibers.

3D Printing Composites 2021-2031: Technology and Market Analysis

Central to the industry are the materials that are used. These materials are what dictates the part properties and printer requirements; they are also central to the competitive business models that are being employed. This report provides a comprehensive assessment of the material providers and a price and properties benchmarking study. Continuous fiber composites are for many the end-goal, with significant value, but there is a large opportunity in their short counterparts and a range of thermoplastics and thermoset resins being deployed.

Market Forecasts and Applications

In nearly all cases, the technology adoption is to allow for a metal replacement or as a more economical way to make existing composite parts, via the tooling, prototyping or low-volume part production. The most common use-case is for the role in providing tools, jigs and fixtures, this can allow manufacturers to differentiate & accelerate their process or allow players to bring certain capabilities in-house that were previously not possible. The applications are rapidly expanding and there are numerous end-users finding value from these printers in energy, aerospace & defense, luxury & sporting goods, space, marine, medical, automotive & motorsport, robotics, rail, and electronic devices & components.

Through detailed primary-interviews and with deep technical knowledge, this report brings the reader unbiased outlook for the industry including:

Key case studies and highlighted examples of end-use application
Market share by regional distribution and printer process
Historical trend in investment capital
10-year market forecasts for extrusion-based printers (unit number & revenue) split by printer type (desktop vs industrial ; thermoplastic vs thermoset)
10-year market forecasts for material demand (split by material type) and services & software.

This is also put in the context of the larger composites market, the global 3D printing industry, and understanding the impact that the COVID-19pandemic has had on the industry.

Who should buy this report?

This report is for those in, or seeking to get involved in, the 3D printing of composites market, including:

Companies in the supply chain (such as materials companies)
3D printing companies (either those already in composites or those looking at the opportunity)
Composite manufacturing companies and wider into automation
End-users: aerospace & defence, energy, sports & luxury goods, R&D centres, marine, space, automotive, and generally those providing tooling and jigs & fixtures for manufacturing equipment
External players and investors

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Table of Contents

1. EXECUTIVE SUMMARY AND CONCLUSIONS

1.1. Introduction to 3D printing of composite material

1.2. Composite 3D printing technological progression

1.3. Summary of 11 key players

1.4. Investment capital into 3D printing composites

1.5. Key strategic partnerships & acquisitions

1.6. 5 commercial categories of composite thermoplastic extrusion printers

1.7. Material feedstock benchmarking study

1.8. Printer benchmarking study

1.9. End-user application: sector overview

1.10. Factors influencing 3D printing composites market

1.11. Primary interview based company profiles

1.12. Total market forecasts for 3D printing composites

1.13. Market forecasts 3DP composites: material demand for extrusion

1.14. Market share: regional distribution

1.15. Where next for composite 3D printing?

2. 3D PRINTING MARKET OVERVIEW

2.1. Scope of report

2.2. The seven different types of 3D printing processes

2.3. Major material-process relationships

2.4. Why adopt 3D printing?

2.5. The desktop 3D printer explosion

2.6. History of 3D printing polymers: the rise of the hobbyist

2.7. Consumer vs prosumer vs professional

2.8. Use patterns and market segmentation

2.9. Business models: securing future revenues

2.10. Drivers and restraints of growth

2.11. Global 3D printing market outlook

2.12. Impact of COVID-19 on the 3D printing industry

3. INTRODUCTION TO LIGHTWEIGHTING

3.1. What is lightweighting?

3.2. Lightweight material drivers

3.3. Comparison of lightweight materials

3.4. The challenge with small and low-volume parts

3.5. Lightweight Material Candidates

4. COMPOSITE MATERIALS

4.1. Introduction to composites

4.2. Introduction to composite materials

4.3. Comparison of relative fibre properties

4.4. Cost adjusted fibre properties

4.5. Supply chain for composite manufacturers

4.6. Carbon fiber: Overview

4.7. Carbon fiber: historical growth and market status

4.8. Carbon fiber: manufacturer analysis

4.9. Carbon fiber: capacity expansions and regional distribution

4.10. Carbon fiber: cost of material

4.11. Carbon fiber: acquisitions and partnerships

4.12. Glass fibres: Overview

4.13. Polymer matrix introduction

4.14. Resins - overview and property comparison

4.15. Thermoplastics for composites - overview

4.16. Thermosetting resins - overview

4.17. Rise of robotics in composite manufacturing

4.18. CFRP automation case study

5. 3D PRINTING COMPOSITES: OVERVIEW

5.1. Introduction to 3D printing of composite material

5.2. The seven different types of 3D printing processes

5.3. Composite 3D printing technological progression

5.4. Drivers and restraints of growth

5.5. Complete company assessment

5.6. Printer benchmarking study

6. 3D PRINTING COMPOSITES: TECHNOLOGY ANALYSIS

6.1. Fibre reinforced thermoplastic filament extrusion

6.1.1. 3D printing composites: printer processes

6.1.2. 5 commercial categories of composite extrusion printers

6.1.3. Chopped fibre thermoplastic filament extrusion: (extrusion)

6.1.4. Key thermoplastic extrusion composite printers: Industrial with short fiber

6.1.5. Continuous fiber thermoplastic filament extrusion

6.1.6. Continuous fibre thermoplastic tape extrusion

6.1.7. 3 options to achieve continuous fiber extrusion

6.1.8. 3D printing continuous fiber composites using tapes

6.1.9. Comparison to ATL/AFP

6.1.10. DED: Comparison to in-situ consolidated AFP

6.1.11. Key thermoplastic extrusion composite printers: Desktop with continuous fiber

6.1.12. Key thermoplastic extrusion composite printers: Industrial with continuous fiber

6.1.13. Key thermoplastic extrusion composite printers: large-scale with continuous fibers

6.1.14. Market leader snapshot: Markforged

6.1.15. Key companies in China: Extrusion printers with continuous fibers

6.1.16. Key companies in China: Extrusion printers with short fibers

6.1.17. Key companies in China: Extrusion printers with short fibers (2)

6.1.18. Large format thermoplastic filament extrusion

6.1.19. Increasing the throughput of composite 3D printing

6.1.20. Service bureaus using fibre + thermoplastic filament extrusion

6.1.21. Benchmarking study by independent research institute

6.2. Sheet lamination

6.2.1. 3D printing composites: printer processes

6.2.2. Sheet lamination

6.2.3. Market leader snapshot: Impossible Objects

6.3. Powder bed fusion

6.3.1. 3D printing composites: printer processes

6.3.2. Powder bed fusion- Selective Laser Sintering (SLS)

6.3.3. Market leader snapshot: EOS

6.3.4. Key companies in China: SLS printers with carbon fiber

6.3.5. Key developments

6.4. Fiber reinforced thermoset dispensing

6.4.1. 3D printing composites: printer processes

6.4.2. Continuous fibre thermoset dispensing

6.4.3. Market leader snapshot: Continuous Composites

6.4.4. Large scale thermoset dispensing processes

6.5. Vat Photopolymerisation

6.5.1. 3D printing composites: printer processes

6.5.2. Vat photopolymerisation: Fortify

6.5.3. Glass reinforced photopolymers

6.6. Emerging methods

6.6.1. 3D printing composites: printer processes

6.6.2. Automating preforming

6.6.3. Alternative thermoplastic extrusion processes

6.6.4. Vat photopolymerisation with post print fiber inclusion

7. 3D PRINTING COMPOSITES: MATERIAL ANALYSIS

7.1. Material feedstock: introduction

7.2. Fibre reinforced thermoplastic filaments

7.3. Material assessment: matrix considerations

7.4. Material assessment: mechanical properties

7.5. Material assessment: price and performance benchmarking

7.6. Complete material list: short carbon fiber

7.7. Complete material list: short glass fiber

7.8. Complete material list: powder

7.9. Complete material list: continuous fiber

7.10. Benchmarking study by independent research institute

7.11. Key material news and developments

7.12. Recycled carbon fiber as feedstock material

7.13. Nanocarbon additive: property advantages

7.14. Nanocarbon additive: commercial activity

8. APPLICATIONS

8.1. End-user application: sector overview

8.2. Application hype curve of CFRP

8.3. Jigs and Fixtures

8.4. Tooling

8.5. Aerospace & Defense

8.6. UAVs and Satellites

8.7. Medical

8.8. Automotive

8.9. Energy

8.10. Marine

8.11. Functional prototyping: embedded sensors

8.12. Sports and luxury goods

8.13. Robotics and drones

8.14. Electronic devices and components

9. MARKET ANALYSIS AND FORECASTS

9.1. Market share: regional distribution

9.2. Market share: technology split

9.3. Investment capital into 3D printing composites

9.4. Forecast methodology and presentation of findings

9.5. Total market forecasts for 3D printing composites

9.6. Market forecasts 3DP composites: cumulative thermoplastic extrusion printer installations

9.7. Market forecasts 3DP composites: thermoplastic extrusion revenue

9.8. Market forecasts 3DP composites: annual thermoplastic extrusion printer sales

9.9. Market forecasts 3DP composites: thermoplastic extrusion printer material demand

9.10. Market forecasts 3DP composites: thermoset revenue

10. COMPANY PROFILES

10.1. Primary interview based company profiles

11. APPENDIX - DATA

11.1. 3D printing composites market 2021-2031: total revenue

11.2. 3D printing composites market 2021-2031: annual printer unit sales

11.3. 3D printing composites market 2021-2031: total material feedstock mass

11.4. 3D printing composites market 2017-2031: revenue thermoplastic extrusion

11.5. 3D printing composites market 2017-2031: annual printer installations desktop and industrial for thermoplastic extrusion

11.6. 3D printing composites market 2017-2031: cumulative printer installations desktop and industrial for thermoplastic extrusion

11.7. 3D printing composites market 2017-2031: annual material demand (mass) split by type

11.8. 3D printing composites market 2017-2031: revenue thermoset printers, services and materials

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