[徹底分析] 3Dプリンティング：下流生産がサプライチェーンを変える

AM テクノロジーの急速な進歩により、大規模で多様なサプライチェーン組織を管理するには、3D プリント機能の再評価が必要になります。 AM は、玩具製造から金型製作、試作まで、さまざまな分野で商業的に広く使用されており、新しいアプリケーションが急速に開発されています。米国政府のAMへの関心も高まっている。米国エネルギー省の国立研究所は、軽量フレームや構造機能を提供できるアンテナなど、自然界には存在しない新しい材料を作成するために AM を使用する研究プロジェクトを実施しています。米国国防総省はまた、AM 技術の応用により、摩耗しやすい、高価、または入手困難な部品のドロップイン交換が可能になり、メンテナンス、修理、運用をサポートできる可能性があると考えています。
3D プリントアプリケーションでは、使用される製造技術に関係なく、多くの課題が存在します。 AM 技術の急速な発展を考慮して、この記事の大部分は AM の具体的な利点と課題に焦点を当てます。サプライチェーンの技術に依存しない影響については、3D プリントの拡張定義を活用します。この記事では、下流の生産をサポートすることでサプライチェーンを変革する 3D プリント機能の可能性について説明します。従来の減算製造 (SM) 技術と比較して、3D 技術では、より多くの付加製造 (AM) 技術が使用されます。

国防総省が 3D 印刷技術の幅広い応用と、これらの取り組みをサポートするために必要となる可能性のある構造的および政策的変更を理解できるように、RAND 防衛研究所は軍事環境における 3D 印刷技術の潜在的な用途と利点を発見するための探索プロジェクトを実施しました。このプロジェクトは、3D プリント技術をその起源から米国国防総省のサプライチェーンを変革する可能性まで包括的に追跡します。 3D プリント技術のさまざまな用途について説明し、国防総省が保守、修理、運用 (MRO) 環境における 3D プリントの将来的な影響を検討するのに役立つフレームワークを提供します。また、AM 技術の開発と採用に関する米国における戦略的競争バランスも分析します。最後に、これらの新しいテクノロジーが国防総省の調達やその他の計画プロセスに及ぼす幅広い影響について説明します。

1. 積層造形の進化
1984年に日本、フランス、アメリカの3国がAMに関する特許を同時に出願し、AMの商業利用が始まりました。 1980 年代後半から 1990 年代前半までに、ステレオリソグラフィー (米国の 3D Systems, Inc. が開発)、ソリッドステート研削 (イスラエルの Cubital Ltd. が開発した技術)、選択的レーザー焼結 (テキサス大学オースティン校が開発)、積層オブジェクト製造 (Helisys, Inc. が初めて導入) という 4 つの革新的な AM アプローチが登場しました。 1989年から2015年までのAMの年平均成長率は26.2%でした。
時間的な観点から見ると、生産モデルの進化は直線的ですが、AM はローカル生産、つまり職人への回帰として復活すると考えられます。 3D プリントは、職人のように高品質の部品を現地で生産し、特定のニーズに応える能力を提供します。一般の人々にとって、AM の導入は各家庭に独立した職人がいるようなものですが、国防総省や商用アプリケーションの場合、AM のビジョンは、現在のニーズに基づいて軍隊を含むエンドユーザーに非常に応答性の高い製品供給を提供することに重点を置いた生産ショップモデルにあります。

（II）3Dプリンティングの今後の展開<br /> このプロジェクトでは、3D プリント市場の潜在的な規模に基づいて、この技術が国防総省やその他の同様のサプライヤーにどのようなメリットをもたらすことができるかを検討しました。この問題を検討する中で、私たちは3Dプリンティングの発展に潜在的に影響を及ぼす2つの主な要因を特定しました。それは、(1)需要源とサプライチェーンの相対的な分離（または接続性）、および(2)需要の特殊性（または変動性）です。需要がランダムであるほど、また配送センター（前線基地や船舶など）からの距離が長いほど、3D プリント技術の影響は大きくなります。需要が安定しており、既存のサプライチェーンと密接に結びついている場合、3D プリンティングが浸透する機会はほとんどありません。

3D プリントの将来の選択肢をさらに探求するために、私たちは、リモート環境で下流の MRO をサポートするために使用できるファブラボモデルを採用した「クアッドマシンソリューション」を開発しました。マシンの正確なサイズと機能は、スペースと環境の制約（例：航空母艦と駆逐艦、主要物流基地と前線基地）に応じて異なる場合がありますが、このファブラボ構成では、あらゆる機能が提供されます。工場の実験室は次のコンポーネントで構成されています。
CNCフライス盤;
金属合金AMマシン;
プラスチック複合材AMマシン;
コンピュータ断層撮影（CT）メーター
CTスキャン/X線の組み合わせ。

製造される部品の複雑さとサイズに応じて、各機械に必要な製造時間は異なります。
国防総省にとっての 3D プリントの価値を理解するには、3D プリントエコシステムコンセプトのコストと、部品調達に必要な取引や承認を行うために必要な時間を含め、それが置き換えるサプライチェーンプロセス全体のコストとを比較することが重要です。国防総省が過酷な環境での MRO のオプションを検討する際には、集中型生産システムではなく、現地生産用のファブラボを使用するコストに、サプライチェーン全体を含める必要があります。

（III）特許と戦略的考慮点<br /> AM 技術の開発と採用における戦略的な競争バランスを理解するために、特定の国の民間部門と防衛部門における AM 特許を評価しました。
約 4,000 件の AM 特許を分析した結果、発明的な AM 特許の大部分は民間企業によって完成され、少数は政府によって支援されていることが判明しました。国と分野別に見ると、米国と日本は最も強力かつ多様な AM 特許ポートフォリオを有しています。ほぼすべての分野で、日本と米国がリーダーです。中国は、航空宇宙、軽量素材、装甲、金型などの軍事・諜報技術を支える冶金などの特殊機械分野で強力な存在感を発揮している。
多機能コンポーネント、ジェネレーティブデザイン、カスタマイズ可能な材料特性により、単純な物体から完全な車両、機体、船舶に至るまで、軍事製品や民間製品の製造方法が変わります。

（IV）結論と影響
3Dプリント技術は民間分野で急速に発展しています。調査の結果、これらの技術の能力、安定性、成熟度は、軍事および民間の用途におけるコスト効率の高い開発をサポートするのに十分であることが判明しました。したがって、AM はこれまで試作や特殊形状部品の製造においてのみ重要でしたが、将来的にはサプライチェーンのあらゆるレベルで MRO に広く採用されるようになる可能性が高くなります。新しい技術力が開発されるにつれて、AM は将来のコンポーネントや製品の設計の中心となるでしょう。多機能コンポーネント、ジェネレーティブデザイン、カスタマイズ可能な材料特性により、単純な物体から完全な車両、機体、船舶に至るまで、軍事製品や民間製品の製造方法が変わります。 3D プリンティングに関する最も悲観的なシナリオは、それを単に現在のツールセットの機能の代替として見ることです。

米国の軍事指導者たちは AM の消費者向けアプリケーションについてまだ明確な見解を示していないが、防衛部門ではツール、プロトタイピング、MRO 向けに AM を広く商業的に利用する準備が整っている。 3D プリント技術を進歩させるために、国防総省は次の 4 つの重要な要素に重点を置く必要があります。
3D プリント技術を導入すると、潜在的に大きな利点が得られます。
AM の知的財産の所有権とライセンスの問題に対処する必要があり、サイバーセキュリティの問題にも対処する必要があります。
米国は、日本、ドイツ、英国などの強力な産業基盤を持つ同盟国を含む他のプレーヤーに対して大きな優位性を持っています。
AM が軍事プラットフォームに与える影響を考慮して、既存の調達ポリシーとプロセスを改訂する必要があります。

出典: 199IT

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