積層造形技術が伝統的な製造業にどのような影響を与えたかについて簡単に説明します。

文：王娟

「中国製造2025」の推進により、付加製造（AM）技術は急速な発展期に入り、技術的なボトルネックが次々と打破され、巨大な市場スペースが生まれています。 CAD設計データと材料を層ごとに積み重ねる方法を使用してソリッドパーツを製造する技術です。従来の材料除去（切削）技術と比較すると、「ボトムアップ」の材料蓄積製造方法です。 1980年代後半から、積層造形技術は徐々に発展し、「材料積層造形」「ラピッドプロトタイピング」「積層造形」「ソリッドフリー造形」「3Dプリント技術」などとも呼ばれるようになりました。

積層造形技術は、従来の工具や固定具、複数の加工工程を必要とせず、3次元設計データを使用して、単一の装置であらゆる複雑な形状の部品を迅速かつ正確に製造できるため、「自由なものづくり」を実現し、従来は製造が困難であった多くの複雑な構造部品の成形を解決します。また、加工工程を大幅に削減し、加工サイクルを短縮します。さらに、製品の構造が複雑になるほど、製造速度の利点が明らかになります。

1 本当に迅速なプロトタイピング<br /> 3D プリンティングは、ほぼ 20 年にわたって、新しい部品や製品設計を物理的なオブジェクトに変換するために使用されてきました。このプロセスはラピッドプロトタイピングと呼ばれることが多いですが、迅速ではないことが多く、サービスプロバイダーが製品を提供するまでに 1 週間以上かかることもよくあります。しかし、最近の自動化の進歩により、場合によっては当日の生産と出荷が可能になりました。これらの変更により、設計サイクルは劇的に混乱します。以前はプロトタイプ作成段階で 3 回または 4 回の設計修正を行うのに 1 か月かかっていましたが、今では 1 週間しかかかりません。製品がより早く市場に投入され、企業は多くの時間と費用を節約できます。

2. 迅速な設計反復（物理的な製品のA/Bテスト）
3D プリンティングはプロトタイプ作成から初回生産まで拡大し、真の市場テストと迅速な設計反復を可能にしました。フォードを例に挙げましょう。同社の歴史の大半において、エンジニアがプロトタイプのエンジンをテストしたい場合、まったく新しい金型を作成する必要がありました。このプロセスには通常 6 か月かかり、数十万ドルの費用がかかります。現在、フォードは 3D プリントを使用して、わずか 4 日間で、コストはわずか 4,000 ドルで金型を製造できます。時間とコストの大幅な削減を考慮して、フォードは最近、新車用のプロトタイプエンジンを 1 つだけ製造するのではなく、複数のプロトタイプを同時にテストすることを決定しました。エンジニアは古い工業プロセスに制約されることがなくなり、数十種類の設計バリエーションを検討し、厳格なテストを実施してエンジンの性能を向上させることができます。

3D プリント生産の進歩により、最終的にはプロトタイプと製品の境界線が曖昧になるでしょう。中小企業はこの技術から大きな利益を得ることができ、莫大な在庫コストをかけずに革新的な製品を発売できるようになります。究極のフォーカスグループである市場での使用に向けて、産業用コンポーネントや消費者向け製品の複数のバージョンをテストできます。デジタルの世界で行われていた A/B テストを、現実の世界で実行できるようになりました。

3 小ロット生産<br /> 従来の製造プロセスでは、最終用途の部品を 1 つ生産する前に、企業はツールまたは金型を作成する必要があります。金型のコストが 50,000 ドルで、各部品の製造コストが 0.50 ドルの場合、最初の部品のコストは 50,000.50 ドルにもなります。数百万個の部品を生産している場合は、この問題は解決されますが、500 個しか生産していない場合はどうなるでしょうか? 3Dプリントには生産準備コストはかかりません。現在、ほとんどの企業は、1,000 個未満の小ロット生産におけるコスト削減の代替手段として 3D プリントを検討しています。避けられない、それほど遠くない将来に早送りすると、3D プリントの生産コストが 95% 以上低下し、「Made in China」ラベルはコレクターズアイテムになるでしょう。

4 マスカスタマイゼーション<br /> 昔は、膝関節の置換手術を希望する場合、看護師が箱を持って手術室にまっすぐ入ってきて、医師が5つの膝関節のデザインの中から患者に最も似ていると思われるものを選んでいました。今日、あなたの膝はスキャンされ、その後の手術に備えて完璧なレプリカが印刷されます。これはマスカスタマイゼーションの例です。マスカスタマイゼーションとは、各製品をカスタマイズして大量生産することを指します。 Invisalign は、3D プリントを使用して、それぞれが完全にカスタムメイドの歯科矯正装置を生産し、数百万ドル規模のビジネスを構築しました。今日、ほぼすべての企業が、製品のカスタマイズを活用して顧客へのサービスを向上させ、利益を増やす方法を模索しています。

5 仮想在庫<br /> メーカーが新製品を製造する場合、通常、10年以上の需要を満たすために大量のスペアパーツも製造します。しかし、在庫を保有するにはコストがかかります。コストには、在庫の製造、損失（部品の紛失または盗難）、陳腐化、保管料、保険、追跡、配送にかかる費用が含まれます。御社の保管料金はいくらですか?これらの部品は年間何回必要になりますか?オンデマンド印刷してみませんか? 3D プリントを使用すると、必要なものを必要なときに必要な場所で生産できます。仮想在庫は、製造品を使用するすべての企業の効率化に役立ちます。仮想在庫が主流になると、世界中の在庫はすぐに大幅に削減されるでしょう。

6. 部品のロングテール
3D プリンティングは、何年にもわたる在庫を蓄積する生産の初期段階に革命をもたらすだけでなく、企業の製品ライフサイクルの終わりに対する考え方を根本的に変えています。今日では、機械的には問題なく動作するものの、棚板が 2 つ欠けていたり、シールが剥がれていたりする 10 年前の冷蔵庫は、廃棄される可能性が高いです。 10年間の使用を経て、この冷蔵庫用に製造されたスペアパーツはすべて使い果たされました。製造元は製品を「故障」とみなし、修理サービスを提供しなくなります。しかし、3D プリントでは、部品の「ロングテール」が生まれます。デジタル設計ファイルを保存しておけば、必要なときにいつでも部品を印刷できます。まだ使える古い製品は時代遅れになることはなく、その寿命は大量生産の制限によって事前に決まるものではありません。「ロングテール」は、デザイナーやエンジニアが製品の存続について考え、計画する方法を根本的に変えます。

7. 生産革新ルネッサンス
3D プリンティングにより参入障壁が下がり、より複雑で便利なオブジェクトの作成が可能になり、製品イノベーションの新しい時代が到来しました。このデザインの可能性の氾濫により、既存の企業は最終的に、製造するほぼすべての製品を再考せざるを得なくなるでしょう。企業はすでに、優れた設計能力と柔軟な生産体制を活用するために、従来の製造方法を 3D プリンティングに置き換えています。ゼネラル・エレクトリック（GE）は、3D金属プリンターを使用して、ジェットエンジン用の燃料噴射システムを全面的に再設計し、部品数を21個から1個に減らし、他の製造方法では製造不可能な形状を組み込むことで、効率を大幅に向上させています。企業が既存製品の再設計から、今では想像もできないような新製品の開発へと事業を拡大するにつれ、このイノベーションのルネッサンスは加速するばかりです。

要約すると、付加製造（3D プリント）技術は、我が国の製造業の発展と向上に歴史的な機会を提供します。付加製造により、新製品の物理的なプロトタイプを迅速かつ効率的に製造できるため、製品の研究開発に迅速な技術的アプローチを提供できます。この技術は、製造業の財務および人的技術の敷居を下げ、小規模および零細製造サービスの誕生を助け、雇用レベルを効果的に向上させ、社会の知恵と資金資源を活性化し、製造業の構造調整を実現し、製造業の大規模から強大への転換を促進します。

著者: 王娟

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