付加製造が製造業の未来を変えます!

積層造形は、等材料・減法材料から積層材料への製造方法の大きな転換を実現し、伝統的な製造の概念とモデルを変えました。従来のプロセスフロー、生産ライン、工場モデル、産業チェーンの組み合わせに大きな影響を与え、製造分野における代表的な破壊的技術と見なされています。

積層造形の最も一般的な形式は 3D プリントです。これは、デジタルモデルを基盤として使用し、材料を層ごとに積み重ねて物理的なオブジェクトを作成する新しい製造技術です。付加製造は、製造材料と処理時間を節約し、さまざまな形状の物体を生産し、パーソナライズされたカスタマイズされた製造を実現し、新材料、インテリジェント製造などの分野の急速な発展を促進するのに役立ちます。近年、積層造形において研究が進んでいる材料はセラミックスと金属です。印刷可能な金属材料の範囲は拡大し続けており、グラフェン、複合材料なども高い注目を集めています。積層造形技術の主な開発方向は、混合材料印刷、印刷速度の向上、大規模製造の実現です。付加製造の応用はますます広まっています。自動車製造、先進的なバッテリー製造、航空宇宙部品製造、人間の生体模倣組織製造はすべて開発のホットスポットです。

科学者は3Dプリントを基盤として、4Dプリントの概念を提案しました。つまり、3Dプリントされた構造は外部刺激を受けて形状や構造を変えることができ、物体が自動的に構成に組み立てられるため、製品の設計、製造、組み立ての一体化が実現します。将来的には生活、芸術、航空宇宙、医療、軍事などの分野で大きな応用の可能性を秘めています。

付加製造は専門化から社会化へ、製品開発ツールから大量生産手段へと移行しており、急速な技術発展期と産業発展の立ち上げ段階にあり、医療、文化・教育、自動車、航空宇宙、エネルギー、軍事などの分野で多くの優れた研究開発と応用の進歩を遂げています。例えば、アメリカの科学者たちはバイオゲルを材料として使い、3Dプリントでマウスを妊娠させて健康な子孫を産ませることができる人工卵巣を作りました。イギリスの科学者たちはドナーの幹細胞、アルギン酸塩、コラーゲンを原料として特殊な「バイオインク」を作り、初めて3Dプリント技術を使って人間の角膜を印刷しました。中国の大型航空機C919では、付加製造技術が使用され、現在中国で最大かつ最も複雑なチタン合金製の主要荷重支持キーコンポーネントと長さ3メートルの中央翼ストリップが製造されています。中国科学院宇宙応用工学技術センターが主催した宇宙積層造形技術の放物面航空機飛行試験では、微小重力環境下で5種類の材料と2種類の製造方法の検証と探究に成功した。

多くの国や地域は、付加製造技術と産業の発展における主導権を握るために、それを重要な発展方向として挙げ、関連する計画と支援政策を策定しています。 2012年、米国国立科学技術会議は国家先進製造戦略計画を発表し、付加製造などのプラットフォーム技術を強化し、米国の産業基盤を強化することを提案した。同年、米国は国家製造イノベーションネットワーク（現在はManufacturing-USAに改名）を立ち上げ、付加製造に焦点を当てた最初の機関であるAmerica Makesを設立しました。 EU は、最初の研究開発フレームワークプログラムから、すでに積層造形技術への資金提供を開始しています。Horizon 2020 プログラムでは、積層造形は重要な実現技術の 1 つであり、主に「未来の工場」プロジェクトを通じて実装されています。 2016年、Innovate UK組織は「英国の付加製造研究とイノベーションの概要」レポートを発表しました。このレポートによると、2012年9月から2022年9月までの間に、英国は、実現技術、航空宇宙、医療、材料、教育、自動車、エネルギー、電子機器、防衛に重点を置いて、付加製造の研究開発に約1億1,500万ポンドを投資する予定です。金属が主要な研究開発対象です。 2014年、日本政府は3D造形技術を中心としたものづくり計画を展開し、新世代の産業用3Dプリンター技術と超精密3D造形システム技術を開発しました。

わが国は付加製造産業を非常に重視しています。2015年、工業情報化部、国家発展改革委員会、財政部は共同で「国家付加製造産業発展推進計画（2015-2016）」を発行し、付加製造専用材料のブレークスルーに重点を置き、付加製造プロセス技術の改善を加速し、付加製造設備とコアコンポーネントの開発を加速し、業界標準システムを確立・改善し、アプリケーションデモンストレーションを積極的に推進することを提案しました。 2017年、工業情報化部と他の12部門は共同で「付加製造産業発展行動計画（2017-2020）」を発表し、重点製造業（航空、宇宙、造船、原子力産業、自動車、電力設備、軌道交通設備、家電、金型、鋳造など）、医療、文化、教育の4つの重点分野に重点を置き、5つの重点任務を実施し、6つの保障措置を講じ、5つの発展目標を達成することを提案した。

長年の発展を経て、わが国は高性能、複雑、大型の金属荷重支持部品の付加製造など一部の技術分野で国際先進レベルに達し、さまざまな主要プロセス設備の開発に成功しました。関連技術と製品は、航空宇宙、自動車、バイオメディカル、文化創造などの分野に最初に応用され、一定の競争力を持つ多くの基幹企業が出現し、いくつかの産業クラスターが形成されました。付加製造産業は急速な発展を遂げました。

将来を見据えると、世界各国は積層造形を将来の産業発展の新たな成長点とみなし、積層造形技術と情報ネットワーク技術、新材料技術、新設計概念との融合を加速させることが推進されるでしょう。積層造形技術と産業は、間違いなく大きな可能性を秘めています。

出典：光明日報

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