วัสดุสารสนเทศจะปฏิวัติตลาดการพิมพ์สามมิติ หรือไม่?

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

วัสดุสารสนเทศ (Materials informatics) เป็นหนึ่งในส่วนที่น่าตื่นเต้นที่สุดของวัสดุศาสตร์ การพิมพ์สามมิติได้แสดงให้เห็นถึงจุดมุ่งหมายที่ชัดเจนสำหรับการใช้วัสดุสารสนเทศและได้สร้างผลลัพธ์ที่มีความหวังบ้างแล้ว

ตลาดการพิมพ์สามมิติมีความหลากหลาย; วัสดุและการใช้งานบางประเภทกำลังได้เห็นการเติบโตเชิงพาณิชย์ที่สำคัญ ในขณะที่วัสดุอื่นกำลังพยายามเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคและทางเศรษฐกิจในการนำมาใช้ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าทศวรรษหน้าจะได้เห็นการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างที่จะสร้างรายได้มหาศาล สิ่งหนึ่งซึ่งจะเป็นศูนย์กลางของทุกสิ่งก็คือ วัสดุต่าง ๆ; พอร์ตโฟลิโอที่ขยายและสามารถปรับเปลี่ยนได้เป็นสิ่งที่จำเป็นต่อความสำเร็จใด ๆ 

วัสดุสารสนเทศกำลังส่งผลกระทบต่อหลายภาคส่วนรวมถึงการพิมพ์สามมิติ (ที่มาของภาพ: โดเมนสาธารณะ / Pixabay)

วัสดุสารสนเทศเป็นสาขาใหม่ที่น่าตื่นเต้นที่เกี่ยวข้องกับแนวทางที่มีข้อมูลเป็นศูนย์กลาง ไปจนถึงการวิจัยและพัฒนาวัสดุ สิ่งนี้ส่งผลกระทบในหลายภาคส่วนรวมถึงการพิมพ์สามมิติ มันได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นความร่วมมือกันอย่างเป็นธรรมชาติระหว่างเทคโนโลยีเกิดใหม่ทั้งสองนี้

ID Techex ได้พยากรณ์ว่าตลาดจะมีมูลค่า 18.4 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2030 สำหรับวัสดุการพิมพ์สามมิติเพียงอย่างเดียว และกิจกรรมทางการตลาดจากบริษัทใหญ่แสดงให้เห็นถึงโอกาสนี้อย่างชัดเจนเมื่อพวกเขาวางตนเองให้ได้ส่วนแบ่งทางการตลาดที่มีนัยสำคัญ เราได้เห็นข่าวหลักหลายข่าวจากยักษ์ใหญ่ด้านเคมี ประกอบด้วย BASF, Evonik, Mitsubishi Chemical, DSM และอีกมากมาย ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ตลาดพอลิเมอร์มุ่งหวังที่จะเห็นช่วงเวลาของการควบรวมบริษัทที่ไม่สามารถเลี่ยงได้ พร้อมกับเทคโนโลยีที่อิ่มตัว แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าวิวัฒนาการของตลาดวัสดุจะใกล้ที่จะเสร็จสมบูรณ์ ตลาดการผลิตโลหะแบบเติมวัสดุคาดหวังที่จะโตถึง 15.5 พันล้านเหรียญสหรัฐ ภายในปี 2030 หลังช่วงเวลาถดถอยจากการระบาดของโควิด-19 (ดูรูป) มีการเปลี่ยนแปลงจำนวนมากในสาขานี้ ภายในห่วงโซ่อุปทานของผงวัสดุ เราได้เห็นการเข้าซื้อกิจการและการขยายตามเป้าหมายหลายแห่ง และยังมีนวัตกรรมและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจำนวนมากที่ติดตรึงโดยการพ่นกาวบนผงวัสดุและการพัฒนาโลหะที่รวมตัวเข้า (Bound Metal) นอกจากพอลิเมอร์และโลหะ ได้มีความสนใจจำนวนมากไปทางเซรามิก คอมโพสิต โซลูชันแบบหลายวัสดุและอื่น ๆ โดยทุกชนิดมีความท้าทายและมีผู้ทำลายล้าง (disruptor) เป็นของตนเอง

พยากรณ์ตลาดโลกสำหรับการผลิตแบบเติมวัสดุ
(ที่มา: Metal Additive Manufacturing 2020-2030)

หนึ่งในอุปสรรคในการนำมาใช้งานทั่วทั้งสาขานี้คือ ขอบเขตของวัสดุที่หาได้และคุณสมบัติของวัสดุ นักออกแบบเคยชินกับการมีขอบเขตของวัสดุที่กว้างขวางให้เลือก และการมีตัวเลือกน้อยลงไปอย่างมากได้ชะลอผลกระทบที่มีต่อตลาด วัสดุยังต้องมีการออกแบบเชิงวิศวกรรมสำหรับแต่ละกระบวนการพิมพ์และการใช้งาน ซึ่งการแข่งขันกำลังดำเนินอยู่

วัสดุสารสนเทศ (Materials informatics) ขึ้นอยู่กับการใช้โครงสร้างพื้นฐานข้อมูลและการใช้ประโยชน์จากโซลูชัน machine learning เพื่อการออกแบบวัสดุใหม่ การค้นพบวัสดุสำหรับการใช้งานที่ได้รับมอบ และ/หรือ การปรับกระบวนการให้เหมาะสมที่สุดสำหรับวัสดุ MI สามารถเร่งทิศทางของนวัตกรรม “ไปข้างหน้า” (คุณสมบัติได้ถูกรับรู้สำหรับวัสดุที่ป้อนเข้า) แต่โซลูชันในอุดมคติคือการที่สามารถทำได้ในทิศทาง “ตรงกันข้าม”(วัสดุได้รับการออกแบบโดยให้คุณสมบัติที่ต้องการหรือเกณฑ์ในการดำเนินการ) สิ่งนี้ไม่ได้ตรงไปตรงมาและยังอยู่ในระยะเพิ่งเริ่ม ในหลายกรณี โครงสร้างพื้นฐานข้อมูลไม่ครอบคลุมและอัลกอริทึมของ MI ยังไม่พัฒนาเต็มที่สำหรับข้อมูลการทดลองที่ได้รับมอบหมาย ความท้าทายต่างกันกับพื้นที่อื่น ๆ ที่นำโดย AI (เช่น รถยนต์อัตโนมัติ หรือโซเชียลมีเดีย), ผู้เล่นต่างๆมักต้องจัดการกับข้อมูลที่มีน้อย มีจำนวนมิติมาก ลำเอียงและมีสิ่งรบกวนมาก; การใช้ประโยชน์ในความรู้เชิงลึกในสาขาเป็นส่วนสำคัญของวิธีการส่วนใหญ่ID Techex ได้ครอบคลุมหัวข้อนี้ในรายละเอียดแล้ว และข้อมูลเพิ่มเติมบนเทคโนโลยี ผู้เล่นและพื้นที่การใช้งานสามารถหาได้ในรายงานตลาด การพิมพ์สามมิติได้แสดงให้เห็นถึงจุดมุ่งหมายที่ชัดเจนสำหรับการใช้วัสดุสารสนเทศและได้สร้างผลลัพธ์ที่มีความหวังบ้างแล้ว บทความนี้จะเน้นกรณีศึกษาที่สำคัญในวงการนี้

วัสดุสารสนเทศสามารถมีบทบาทในทุกขั้นตอนของการวิจัย หากการวนลูปแบบนี้สามารถทำได้โดยที่ปราศจากการแทรกแซงของคน จะเป็นการเปิดโอกาสแม้กระทั่งแล็บที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง (ที่มา: IDTechEx)

Citrine Informatics เป็นหนึ่งในบริษัทที่น่าจับตาที่สุดที่นำเสนอสินค้าและบริการวัสดุสารสนเทศ พวกเขากล่าวถึงการผลิตแบบเติมวัสดุในฐานะพื้นที่ที่น่าจับตา ตัวอย่างหนึ่งที่น่าสนใจ คือ การทำงานกับห้องแล็บ HRL เพื่อพัฒนาโลหะผสมอลูมิเนียมที่ปรับให้เหมาะที่สุดสำหรับการพิมพ์สามมิติ ที่ได้รับการรับรองโดยสมาคมอลูมิเนียม การใช้ MI ได้รับรายงานว่าได้ปรับปรุงอย่างรวดเร็วในการพัฒนา และเวลาในการออกสู่ตลาด 

Intellegens เป็นอีกหนึ่งผู้เล่น MI และยังทำงานอยู่ในโลหะผสมสำหรับการผลิตแบบเติมวัสดุ พวกเขาได้ดำเนินโครงการที่น่าสนใจหลายโครงการ รวมถึงหนึ่งโครงการกับ GKN และอีกโครงการหนึ่งกับ Boeing และ AMRC เมื่อต้นปี 2021 บริษัทได้ประกาศการเป็นคู่ค้าหลักกับ Ansys โดยควบรวมกับพวกเขาเพื่อเวิร์กโฟลว์การผลิตแบบเติมวัสดุที่สมบูรณ์

มันไม่ใช่เกี่ยวกับโลหะไปทั้งหมด ในความเป็นจริงหนึ่งในพื้นที่สำคัญอันดับแรกสำหรับเกือบทุกบริษัท MI คือสูตรเคมี Exponential Technologies เป็นบริษัทอายุน้อยที่รวมความเชี่ยวชาญด้านสถิติเข้ากับซอฟต์แวร์ design of experiment (DoE) บริษัทเข้าสู่ฉาก ด้วยการชนะการแข่งขัน Formnext star-up challenge ในปี 2019 และเริ่มต้นด้วยกระบวนการ SLM สิ่งนี้ได้นำให้เขาพัฒนาเรซินที่เหมาะสมสำหรับ SLA กับบริษัทเคมีที่น่าจับตาและงานอื่นกับผู้ผลิตเครื่องพิมพ์สามมิติต่าง ๆ

แนวคิดนี้ไม่ใช่เรื่องที่ใหม่จนเกินไป มันเพิ่งขยายตัวอย่างรวดเร็วด้วยการปรับปรุงโซลูชัน AI การขยายโครงสร้างข้อมูล และการรับรู้/การศึกษาที่ดีขึ้นภายในชุมชน



โมเดลธุรกิจเพียงอย่างเดียวก็คือ ไม่เป็นผู้ให้บริการ Saas หรือดำเนินการโครงการวิจัยด้วย อีกแนวทางหนึ่งสามารถเป็นการพัฒนาหรือสาธิตวัสดุในบริษัท ก่อนจะการออกใบอนุญาตในสิ่งนี้ มีบริษัทที่น่าตื่นเต้นหลายแห่งที่ทำทั้งแบบนี้และโครงการวิจัย

Ques Tek Innovations เป็นหนึ่งในผู้เล่นดังกล่าวที่กำลังบุกเบิกแนวทางของวิศวกรรมวัสดุเชิงคำนวณแบบบูรณาการที่ยาวนาน (longstanding integrated computational materials engineering-ICME สำหรับขอบเขตของโลหะผสม รวมถึงวัสดุพวกที่ใช้สำหรับการผลิตแบบเติมวัสดุ ยังมีบริษัทที่อายุน้อยกว่าเช่นกัน รวมถึง Alloyed (ก่อนหน้านี้ ชื่อ Oxmet Technologies) Phaseshift Technologies และอื่น ๆ ที่กำลังไล่ตามโมเดลธุรกิจทางเลือกนี้; Oxmet Technologies ก่อนหน้านี้มีความเชี่ยวชาญในโลหะผสมนิกเกิลและได้รับเงินลงทุนจาก JX Nippon Mining & Metals ; Alloyed เพิ่งเข้ามาเป็นคู่ค้ากับ Taniobis (บริษัทย่อยของ JX Nippon Mining & Metals) ไม่นานมา นี้; ในขณะเดียวกัน Phaseshift โฟกัสไปที่การนำโลหะผสมอสัณฐาน (amorphous alloys) เข้าสู่ตลาด

เช่นเดียวกับมนต์แห่งศตวรรษที่ 21 ที่ว่า ข้อมูลคือราชาและการออกแบบวัสดุสำหรับี้การพิมพ์สามมิติกำลังพิสูจน์ว่าไม่ใช่ข้อยกเว้น การสร้างห้องสมุดสำหรับวัสดุการพิมพ์สามมิติและการเร่งการผลิตและการพัฒนาอย่างรวดเร็วเป็นพื้นที่สำคัญที่เกิดขึ้นใหม่ วัสดุสารสนเทศเป็นตัวเร่งที่จำเป็นตัวหนึ่งสำหรับตลาดการพิมพ์สามมิติ 

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม ดูที่ IDTechEx market reports 3D Printed Materials Market 2020-2030: COVID EditionMetal Additive Manufacturing 2020-2030 และ Materials Informatics 2020-2030 (ID:47360297)

ที่มา: https://www.etmm-online.com