Marktbericht 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Anwendung (Flugzeuge, unbemannte Luftfahrzeuge, Raumfahrzeuge), nach Material (Legierungen, Spezialmetalle) und nach Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika) – Prognosen für 2025–2033

Wachstumsfaktor für den 3D-Druck im Luft- und Raumfahrt- sowie Verteidigungsmarkt

Zunehmende Verbreitung von 3D-gedruckten Teilen in den Lieferketten der Luft- und Raumfahrt

Militärs konzentrieren sich auf die Beschaffung von Flugzeugen der neuesten Generation, die ihren Gegnern einen deutlichen technologischen Vorsprung verschaffen. Die Konstruktion und Fertigung neuer Flugzeuge zielen auf Gewichtsreduzierung ab, was die Entwicklung neuer Materialien und Fertigungsverfahren vorangetrieben hat. Die Luft- und Raumfahrtindustrie gehört zu den Pionieren des 3D-Drucks, und es laufen umfangreiche Forschungsarbeiten, um den Einsatz von 3D-gedruckten Teilen und Komponenten in neueren Flugzeugen zu steigern. In den letzten drei Jahren wurden im Bereich des 3D-Drucks für die Luft- und Raumfahrt mehrere wegweisende Ankündigungen gemacht.

Airbus setzt additive Fertigungsverfahren für Werkzeuge und Prototypen von Verkehrsflugzeugteilen ein. Rund 2.700 3D-gedruckte Kunststoffteile wurden im neuen A350 XWB verbaut. Airbus fertigt außerdem 3D-gedruckte Teile für die Kurzstreckenflugzeuge A320neo und A330/A310. Boeings 777X ist ein weiteres Beispiel für die zunehmende Verbreitung des 3D-Drucks in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Die 777X, deren Indienststellung für 2022 geplant ist, verfügt über zwei GE9X-Triebwerke mit rund 300 3D-gedruckten Teilen, darunter Treibstoffeinspritzdüsen, Temperatursensoren, Wärmetauscher und Niederdruckturbinenschaufeln.

Der Einsatz von 3D-gedruckten Bauteilen in Triebwerkssystemen nimmt zu. Im Juni 2021 gab GE bekannt, dass die US-Luftwaffe eine Änderungsgenehmigung für eine additiv gefertigte Ölwanne für das F110-Triebwerk erteilt hat, das unter anderem die Lockheed Martin F-16 antreibt. Das US-Verteidigungsministerium zertifizierte dieses Bauteil als erstes Triebwerksteil, das mit Metall-3D-Drucktechnologie entwickelt und hergestellt wurde. Diese Innovationen dürften den Einsatz von 3D-gedruckten Komponenten in der Luft- und Raumfahrtindustrie fördern und so das Marktwachstum ankurbeln.

Reduzierung der Verarbeitungs- und Herstellungskosten

Der 3D-Druck hat die Konstruktion und Fertigung von Bauteilen beschleunigt, kostengünstiger und einfacher gestaltet. Er ermöglicht zudem die Integration aller Komponenten in eine einzige Struktur, wodurch externe Verbindungen, Klebstoffe und Befestigungselemente entfallen. Durch den Wegfall zusätzlicher Bauteile werden Mehrkosten im Fertigungsprozess vermieden.

Die Luftfahrtindustrie hat sich zu einem treibenden Faktor für die Entwicklung dieser Technologie entwickelt. Fluggesellschaften setzen auf 3D-Druck, um Engpässe in der Lieferkette zu beheben, Lagerflächen zu reduzieren und Materialabfälle aus traditionellen Fertigungsprozessen zu minimieren. Auch die Flugzeugproduktion profitiert indirekt vom 3D-Druck, insbesondere bei größeren Stückzahlen. Da 3D-Druck schneller ist und sich besser für die Herstellung komplexer Bauteile eignet, dient er häufig als Urmodell für den Urethanguss wichtiger Innenausstattungskomponenten von Flugzeugen.

Da beim 3D-Druck Material hinzugefügt statt abgetragen wird, reduziert dieses Verfahren den Produktionsabfall drastisch. Laut Airbus verringern 3D-gedruckte Teile das Gewicht und beseitigen Ineffizienzen bei gleichzeitig erhöhter Festigkeit der Komponenten. Das Verfahren verkürzt zudem Produktionszeit und reduziert den Abfall erheblich; im Durchschnitt fallen Berichten zufolge nur 5 % Ausschuss an. Diese Abfallreduzierung kann zu signifikanten Kosteneinsparungen in der Fertigung führen. Darüber hinaus spart die schnelle, bedarfsgerechte Produktion von Flugzeugteilen enorm viel Platz, Zeit und Geld. Insgesamt treiben diese Vorteile die Verbreitung des 3D-Drucks in der Luft- und Raumfahrtindustrie voran.

Marktbeschränkung

Technologische Herausforderungen

Obwohl der 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrtindustrie immer häufiger eingesetzt wird, stehen seiner breiten Anwendung noch erhebliche Hindernisse im Wege. Das Potenzial für eine flächendeckende Nutzung wird dadurch eingeschränkt, dass der 3D-Druck noch keine Bauteile aus unterschiedlichen Materialien herstellen kann. Die mit der aktuellen 3D-Drucktechnologie kompatiblen Materialien beschränken sich auf eine kleine Gruppe von Polymeren und Metallpulvern. Diese sind jedoch im Vergleich zu den Materialien, die in traditionellen Fertigungsverfahren für Flugzeugteile verwendet werden, kostspielig, was den Anreiz für den Einsatz additiver Fertigung in der Produktion mindert. Viele Akteure konzentrieren sich daher auf die Auswahl kostengünstiger Materialien, um die Gesamtkosten zu senken.

Im Gegensatz zur traditionellen Fertigung können die aktuellen 3D-Drucksysteme die Produktion bei plötzlichen Nachfrageanstiegen möglicherweise nicht skalieren. Da Skalierbarkeit in der Luftfahrtindustrie von strategischer Bedeutung ist, konzentrieren sich die Marktteilnehmer auf die Lösung dieses Problems. Um den Bedarf der Luftfahrtbranche an Massenproduktion zu decken, versuchen viele Anbieter additiver Fertigungsdienstleistungen, die bestehenden Verfahren zu beschleunigen. Eine weitere große Herausforderung der additiven Fertigung ist die Unfähigkeit, große und unregelmäßig geformte Flugzeugteile herzustellen. Die Produktion bestimmter wichtiger Flugzeugkomponenten kann mit traditionellen Fertigungsmethoden effizienter erfolgen als mit 3D-Druck. Diese Faktoren hemmen das Marktwachstum.

Marktchance

Zunehmender Einsatz von Ultem-Werkstoffen und Fokus auf umweltfreundlichere Flugzeuge

ULTEM-Werkstoffe werden aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Unternehmen verwenden ULTEM-Werkstoffe zunehmend zur Herstellung von Innenschalen, die alle notwendigen Montagestrukturen enthalten. Die Weiterentwicklung von ULTEM-Werkstoffen dürfte dem Markt zukünftig Wachstumschancen eröffnen.

Darüber hinaus dürften die Anwendungsbereiche des 3D-Drucks in den kommenden Jahren weiter zunehmen. Auch die Entwicklung umweltfreundlicherer Flugzeuge könnte von den Möglichkeiten des 3D-Drucks profitieren, da einige technische Lösungen aufgrund ihrer Komplexität mit konventionellen Bearbeitungsverfahren nur schwer herzustellen sind, was ihre Verbreitung einschränkt. Der 3D-Druck kann diese Probleme potenziell lösen und zur Popularisierung innovativer Lösungen beitragen. Zudem könnten Zukunftstechnologien wie die urbane Luftmobilität zu den ersten bedeutenden Anwendern des 3D-Drucks gehören, da die Technologie voraussichtlich ausgereifter sein wird, wenn diese Technologien in die Kommerzialisierungsphase eintreten. All diese Faktoren bieten lukrative Wachstumschancen für den Markt.

Regionalanalyse

Europa dominiert den Markt und wird voraussichtlich um eine Rate von … wachsen. Im Prognosezeitraum wird ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 24,4 % erwartet. Großbritannien ist ein Zentrum für die Forschung und Entwicklung fortschrittlicher Werkstoffe für die Luft- und Raumfahrtindustrie, und die Präsenz zahlreicher etablierter Unternehmen der Branche sorgt für eine stetige Nachfrage nach modernen Verbundwerkstoffen. Regionale Tochtergesellschaften führender globaler Marktteilnehmer stärken daher ihre Kompetenzen durch organisches und anorganisches Wachstum. In diesem Zusammenhang kündigte Collins Aerospace, ein Unternehmen der Raytheon Technologies Corporation, im Februar 2021 die Investition in eine neue mehrachsige Verbundwerkstoff-Flechtanlage für seinen Standort in Banbury an. Das Unternehmen kooperiert zudem mit Composite Integration, Crompton Mouldings und Bitrez, um die Fertigung von komplex geformten, endlosfaserverstärkten Bauteilen der nächsten Generation zu unterstützen. Dabei liegt der Fokus auf Systemvereinfachung, Gewichtsreduzierung und Kostenwettbewerbsfähigkeit. Diese Entwicklungen dürften dem britischen Markt im Prognosezeitraum positive Aussichten verschaffen.

Markttrends in Nordamerika

Nordamerika ist die zweitgrößte Region und wird voraussichtlich bis 2030 einen Wert von 4,53 Milliarden US-Dollar erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 25,2 % entspricht. Führende Branchenakteure und Abnehmer wie Boeing, Lockheed Martin und die NASA setzen verstärkt auf 3D-Drucktechnologien und steigern so die Marktnachfrage. Boeing ist seit Langem ein wichtiger Akteur im Bereich des 3D-Drucks, insbesondere im Satellitenbau, und produzierte 2019 die erste 3D-gedruckte Antenne. Auch das junge Unternehmen Relativity Space treibt den Markt voran, indem es seine erste vollständig 3D-gedruckte Rakete, die „Terran 1“, entwickelt hat. Die neueste Version, die „Terran R“, wird ebenfalls 3D-gedruckt und wiederverwendbar sein. Lockheed Martin und Relativity Space arbeiten zudem für eine geplante NASA-Mission im Jahr 2023 zusammen, bei der Spezialraketen gebaut werden sollen.

Infrastrukturinvestitionen der Industrie und die Unterstützung lokaler Behörden für solche technologischen Fortschritte haben maßgeblich dazu beigetragen, dass die USA in den kommenden Jahren den größten Marktanteil erobern konnten. So kündigte beispielsweise Terran Orbital, ein Entwickler von Nano- und Mikrosatelliten, im September 2021 eine Investition von 300 Millionen US-Dollar in eine der größten kommerziellen Raumfahrtanlagen Floridas an. Die Anlage erstreckt sich über eine Fläche von 61.300 Quadratmetern und nutzt verschiedene 3D-Drucktechnologien, wodurch sie jährlich Tausende von Raumfahrtkomponenten herstellen kann. Solche Entwicklungen treiben den Markt in den USA an.

Markttrends im asiatisch-pazifischen Raum

Der asiatisch-pazifische Raum ist die drittgrößte Region. Die chinesische Regierung hat die Entwicklung der Luftfahrttechnologie und des 3D-Drucks im Rahmen ihrer Vision „Made in China 2025“ als zwei wichtige Wachstumstreiber für die Industrie des Landes identifiziert. Die rasch wachsenden Marktchancen ermutigen Unternehmen, strategische Allianzen zu bilden und ihre Produktionskapazitäten in China auszubauen. Vor diesem Hintergrund gab Kaneka Aerospace LLC, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der Kaneka Americas Holding Inc., im August 2021 ihre Partnerschaft mit Shanghai Huazheng Composites Co. Ltd. bekannt, um ihre Präsenz auf dem wachsenden Markt für Verbundwerkstoffe in China zu stärken. Kaneka Aerospace produziert spezielle Hochleistungsverbundwerkstoffe für vielfältige Anwendungsbereiche. Diese Entwicklungen dürften dem chinesischen Markt im Prognosezeitraum positive Aussichten verleihen.

Anwendungseinblicke

Das Flugzeugsegment hält den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 29,7 % wachsen. Unternehmen wie Boeing und Airbus prognostizieren ein starkes Wachstum im Markt für die zivile Luftfahrt und gehen von einem Bedarf von 43.500 neuen Flugzeugen bis 2040 aus. Dadurch wird die weltweite Flugzeugflotte die Nachfrage nach 50.000 betriebsbereiten Flugzeugen übertreffen. Innovative 3D-Drucktechnologien sollen Zeit und Kosten sparen, indem sie die Fertigungseffizienz automatisieren und verbessern. Angesichts der starken Wachstumschancen und der zunehmenden Auftragsrückstände, die durch langsame Fertigungskapazitäten aufgrund mangelnder Technologieintegration entstehen, sind die Akteure der Branche gezwungen, diese Technologien einzusetzen.

Das Segment der unbemannten Luftfahrzeuge (UAVs) ist das zweitgrößte. UAVs gewinnen aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten im Militär, im öffentlichen und privaten Sektor zunehmend an Bedeutung. Ursprünglich für militärische Anwendungen entwickelt, werden UAVs auch häufig kommerziell und für Freizeitzwecke genutzt. Große und komplexe UAVs haben einen größeren Marktanteil im Verteidigungsbereich, während leichte UAVs den kommerziellen Markt dominieren. Komplexe interne Baugruppen und der begrenzte Platz im Innen- und Außenbereich haben die Nachfrage nach 3D-Drucktechnologien in diesem Segment erhöht.

Material Insights

Das Segment der Spezialmetalle hält den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 24,4 % wachsen. Zu diesem Segment gehören verschiedene Werkstoffe wie Titan, Gold, Silber, Platin und Palladium. Spezialmetalle werden vorwiegend in Strukturbauteilen von Düsenflugzeugen oder Raumfahrzeugen eingesetzt und ermöglichen Unternehmen so mehr Gestaltungs- und Fertigungsfreiheit.

Die Bemühungen, die Produktionskapazitäten durch additive Fertigungstechnologien für Weltraummetalle zu erweitern, sind ein weiterer wichtiger Markttreiber. So kündigte Orbex im Februar 2021 Pläne zum Bau eines großvolumigen 3D-Druckers für die Herstellung seiner Raketentriebwerke an. Nach Fertigstellung des Druckers wird das Unternehmen jährlich mehr als 35 Raketentriebwerke produzieren können. Das Konzept der Fertigung im Weltraum hat zudem zahlreiche Startups und einflussreiche Organisationen dazu bewegt, in additive Fertigungstechnologien zu investieren. Diese Faktoren treiben das Marktsegment weiter an.