【業界観察】3Dプリントは海運改革の次の突破口になるかもしれない

2017 年を海運業界におけるテクノロジーの年と定義するのは誇張ではありません。ブロックチェーン、スマートシップ、3D プリント... テクノロジーが海運業界を変えることは業界の共通認識となっています。 3Dプリント技術の台頭により、「産業革命の第三の波」が到来しています。 3D プリント技術は、新たな産業革命を促進する重要な機会であると考えられています。「インテリジェント製造」や「インダストリー4.0」の概念の導入により、造船分野における3Dプリント技術の応用も話題となっている。
現在、世界各国では、3Dプリント技術を将来の産業発展の新たな成長ポイントとして検討しています。関連する科学技術レベルの継続的な向上を背景に、3Dプリント技術は「中国製造2025」の開発重点となっている。「付加製造産業発展行動計画（2017-2020）」の導入も、国が付加製造に重点を置いていることを示している。では、現段階で海運業界における 3D プリント技術の実際的な応用は何でしょうか?私たちはどのような機会と課題に直面しているのでしょうか?中国造船業界における 3D プリントの将来はどうなるのでしょうか?

海運業界がブラックテクノロジーで水面下をテスト
3D プリント技術は、付加製造とも呼ばれるラピッドプロトタイピング技術の一種です。ラピッドプロトタイピング技術は1980年代に始まりましたが、その概念は19世紀の米国で生まれました。それが徐々に普及した技術になったのは近年のことです。そのため、「前世紀のアイデア、前世紀の技術、今世紀の市場」とも呼ばれています。
3Dプリントは、材料を積み重ねることでデジタルモデルから直接3次元物体を作り出す技術です。その加工は、型開きや切断などの複雑な中間工程を省くため、小ロットや複雑な構造の加工に独自の利点があります。加工サイクルを70％以上短縮し、材料を90％以上節約し、一般的な製造コストを50％以上削減できると推定されています。「3Dプリンティングは、将来の海運業界の持続可能な発展に大きな利益をもたらす」と中国船級協会会長室長の周立偉氏は記者団に語った。「従来の減算型製造プロセスでは、穴あけや切断のたびに原材料とお金が無駄になる。3D増分プリンティング技術を使用すれば、独特な構造形状の製品や部品を柔軟に製造できるだけでなく、原材料とお金の『無駄ゼロ』も実現できる」

3D プリント技術は海運業界でうまく応用されていると理解されています。昨年、オランダで世界初の 3D プリント製船舶用プロペラが開発されました。Bureau Veritas (BV) はテスト段階に関与し、厳格なテストを通じて 3D プリント製プロペラの適用性を検証しました。 RAMLabの研究者らは、3Dプリント技術はプロペラ製造の概念に根本的な変化をもたらすと述べている。積層造形技術により、原理的に必要な金属部品のほとんどを印刷することが可能になります。これらの技術は将来のサプライチェーンに大きな影響を与えるでしょう。 3Dプリントプロペラの成功は、海洋分野における3Dプリント技術の応用の展望を示しています。RAMLabのCEOであるAllard Castelein氏は、このプロジェクトは造船業界に船舶部品の製造における3Dプリント技術の可能性を示していると述べました。スペインも今年初め、造船工程に3Dプリント技術を採用した。スペイン最大の軍艦建造会社ナバンティアは、スペイン南部アンダルシアに、3Dプリント技術を含む最先端の技術を備えた造船所「シップヤード4.0」を建設すると発表した。造船所長パブロ・ロペス氏によると、「シップヤード4.0には明確な目標があり、コスト削減、建造時間の短縮、製品品質と工程レベルの向上、そして会社の競争力の実現を目指しています。近い将来、この技術が当社の生産の重要な部分になることは予想できます」という。
国防科学技術産業技術成果促進・転換研究センターの上級エンジニアである呂徳龍氏は、造船業界は製造業の不可欠な部分として、3Dプリント技術から必然的に大きな影響を受けると考えています。まず、この技術により造船業界における新製品の開発が加速し、開発コストが削減されます。成形の利便性により、この技術を使用して設計パラメータとアイデアをより適切に検証および改善することができ、設計レベルと効率が向上します。

上記の用途以外にも、3Dプリント技術は造船分野で多くの実用化が進んでいます。例えば、シンガポールのTru-Marineは3Dプリントを使用してターボチャージャー部品の迅速な修理と製造を行っており、ロッテルダムは港に到着した船舶を迅速に修理するために3Dプリントセンターを建設する予定です。 3Dプリントでは金属材料を使用できるようになったため、世界的に有名な大手企業も3Dプリントに大きな関心を示しており、生産速度の向上や、より複雑で軽量な部品をより低コストで製造したいと考えている。

船舶に加えて、定期的な水槽試験や空気力学試験用の船舶模型の作成など、陸上での3Dプリント技術の使用も大幅に増加しました。米国カーデロックの海軍水上戦闘センター (NSWC) のチームは、3D プリント技術を使用して、大型で複雑な米国海軍病院船 (T-AH 20) の縮小モデルを作成することに成功しました。このモデルは、ヘリコプターの運用の安全性を向上させるために、船上の風と気流の状態をテストするために使用されます。船の模型はよくできているだけでなく、プリンターが 24 時間稼働できるため、手作業による方法よりも大幅に高速です。チームのエンジニアは、3Dプリント技術によって船舶模型の製造にさらなる利点がもたらされ、より速く、より正確で、より低コストの船舶模型を提供できるようになったと語った。
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船舶部品のオンデマンド生産は、造船業界に3Dプリントを応用する可能性を示していますが、この技術の開発はまだ初期段階にあることは否定できず、多くの業界関係者は、造船および関連業界で3Dプリントが広く使用できるかどうかについて懐疑的です。

3Dプリンティングに常に大きな注目を払ってきたMAN Diesel & Turboは、迅速なプロトタイピングと高い設計自由度は現段階では間違いなく3Dプリンティング技術の最大の利点だが、この技術は単純な部品の連続生産には適していないと述べた。同時に、金属材料を使用した3Dプリントの動作速度が比較的遅いため、MANは3Dプリントに金属材料を使用することに非常に興味を持っているものの、動作速度の遅さがこの技術の利点を相殺していることも認めています。

3D プリントは便利で、製品開発サイクルを大幅に短縮できますが、モデルやプロトタイプの作成にのみ適しています。現在、3D プリント技術は主に小型で構造が単純な部品の印刷に使用されており、複雑なシステムの印刷には使用できません。また、金属物の印刷速度は比較的遅く、金属部品が90％以上を占めるエンジンなどの製品では、生産ラインへの適用が難しいのが現状です。さらに、3Dプリントは新しい技術であるため、現在の精度範囲は0.01mmであり、「減算型製造」を使用した従来の造船で達成できる精度よりもはるかに低いです。切削加工により得られる機械製品の強度と硬度は、3Dプリント製品よりもはるかに高くなります。
3D プリンターや印刷材料の購入コストも非常に高く、特に金属材料をサポートする 3D プリンターの場合はその傾向が顕著です。たとえば、金属材料をサポートする 3D プリンターは約 100 万ドルかかりますが、工業用プラスチック 3D プリンターはわずか 25,000 ドルです。

「造船は幅広い概念です。大型鋼船だけを対象とするなら、造船業界で3Dプリント技術が広く使われるとは思いません。鋼船体はセクションごとに建造されます。サイズが大きいため、3Dプリント技術には厳しい制限があり、コスト上の利点はありません」と江南造船所（グループ）有限公司のチーフエンジニア、胡克一氏は語った。

以前、セキュリティ会社G4Sも、犯罪組織がより安価で入手しやすい3Dプリント技術を利用して世界の海運業界を脅かしていると警告していた。周立偉氏は「従来の汎用部品以外の特殊設備や重要部品も、3Dプリンティングが実現すれば知的財産保護の面で厳しい課題に直面するだろう」と指摘した。 3D プリント技術はコストを削減でき、操作に専門知識を必要としないため、犯罪者が偽造品や低品質のセキュリティ製品を製造することがこれまで以上に容易になります。

中国にとって、3Dプリント産業の発展もまた多くの問題に直面している。現在、3Dプリント技術の研究開発に従事する国内の科学研究機関や企業は「小規模で分散しており、独立して活動している」ため、3Dプリントの体系化と産業化には依然として長いプロセスが必要です。中国では3Dプリントはまだ初期段階にあります。業界全体として革新性が欠けており、研究開発は設備に集中しており、材料やソフトウェアはサポートシステムを形成できていません。これらの欠陥の存在により、業界全体がペースを維持してさらなる発展を遂げることができていません。さらに重要なのは、先進国と比較して、中国の付加製造業界は依然として、主要技術の遅れ、イノベーション能力の不足、ハイエンドの設備や部品の品質と信頼性の向上、応用の幅と深さの向上など、一連の問題を抱えていることである。
工業情報化部中国情報通信科学院設備産業研究所付加製造研究室長の李芳正博士は、中国の付加製造産業は独創的な技術において依然として比較的遅れていると述べた。個々のイノベーションチームは強力であるものの、イノベーションの共同勢力を形成することが難しく、それが研究の重複という問題をもたらしている。多くの重要な部品は依然として輸入に大きく依存している。

現在、3Dプリント技術の応用範囲は非常に限られており、この技術の研究環境も特に成熟しているわけではありません。海運業界で 3D プリントの応用をどのように拡大するかについては、より長い期間の調査が必要になる可能性があります。

中国製は最終的には海外に輸出される
3D 印刷技術の開発には依然として多くの課題が残っていますが、現在の 3D 印刷技術にはまだまだ探求すべき大きな可能性があることは否定できません。材料、コスト、印刷速度などの問題に関しては、技術の発展とともに必然的に解決されるでしょう。マールスク社は、多くの要因がまだ不明であるため、3Dプリント技術の長期的な影響を完全に予測するのは時期尚早だと述べた。今後、技術の進歩により、船舶関連分野における 3D プリントの応用はますます広がる可能性があります。
運輸省水運科学研究所の研究員である謝謝氏は記者団に対し、造船業界は3Dプリント技術を利用することで、いくつかの重要な部品やパーツの生産をより迅速かつ経済的に行うことができると語った。同時に、運航中の船舶のメンテナンスに 3D プリント技術を使用すると、船主のコストを大幅に節約できると同時に、タイムリーさが向上し、サプライチェーンにおける船舶輸送サービスの安定性を維持できます。 Xie Xie 氏は、3D プリント技術によってパーソナライズされた生産と遠隔生産が可能になると考えています。

過去 5 年間で、産業用 3D プリントは、サンプルや小物の製造から完全なオンデマンド製造まで、大きな進歩を遂げました。この移行は広く受け入れられ、ビジネスモデル全体を変え始めています。 3Dプリントが「グラフィックを印刷する」から「部品を生産する」へと飛躍したことは、製造業の歴史において革命的な瞬間です。3Dプリントのグローバル化の時代が到来したのかもしれません。
実際、我が国も3Dプリンティングを筆頭とした「付加製造産業」を製造業の発展の重要な一部と位置付けています。 2017年、3Dプリント産業は急速に発展し、関係する国家部門が3Dプリントを支援するための8つの政策を発行し、合計23の国家部門が関与しました。李芳正博士は、中国の付加製造産業の規模は2016年に80億元に達し、そのうち設備産業が約50％、材料とサービスがさらに50％を占めていると紹介した。2017年上半期、付加製造の生産額は50億元を超えた。 2017年、工業情報化部は国家発展改革委員会を含む11の部門と共同で「付加製造産業発展行動計画（2017～2020年）」を発表し、2020年までに中国の付加製造産業の年間売上高が200億人民元を超え、年間平均成長率が30％を超え、主要なコア技術が国際同期開発レベルに達するという目標を提唱した。

マッキンゼー・グローバル研究所が2017年12月に発表した報告書「デジタル時代の中国：世界的に競争力のある新経済の構築」では、中国のベンチャーキャピタルの規模は、仮想現実、自動運転車、3Dプリント、ロボット、ドローン、人工知能の分野で世界トップ3にランクされていると述べられている。

このような状況において、我が国の付加製造の主要技術は近年、一連の進歩を遂げており、付加製造の応用分野は拡大し、人気は拡大し、生態系は初期に形成され、生産額は比較的高い成長率を維持しています...
中国船舶重工集団経済研究センターの曹林氏は、「造船分野における3Dプリント技術の応用に関する調査報告」の中で、造船業界における3Dプリント技術の応用について次のように紹介した。「現状の観点から、3Dプリント技術を用いて製造に成功したモデルや製品は、造船業界、特に研究開発や設計段階で積極的に推進・応用され、伝統的な製造技術を補完することができる。中期的には、複雑な船舶構造部品、特殊部品、合金部品、複合材料部品などの3Dプリント製造・修理技術が数多く飛躍的に進歩し、最終的には大規模・量産の方向に発展することが期待される。長期的には、3Dプリント技術が造船業界の今後の発展方向をリードし、造船業界システムの変革を促進することが期待される。」
現在、世界的に新たな科学技術と産業革命が勃興しています。世界各国は、付加製造を将来の産業発展の新たな成長点とみなしており、世界の製造と消費のパターンが再形成され始めています。政策支援、技術仕様、政府指導などの手段を通じて、そして社会の各界の共同の努力により、わが国の船舶業界の付加製造業界は新たな局面と新たな大きな発展の機会を迎えるでしょう。この段階では、造船業の発展は主に、生産能力を高めるための大型ドックや大型工場への投資などの要素の投入に依存しています。しかし、国が伝統的な製造業のアップグレードを推進する一方で、造船業界ではコンピューター管理や3Dモデリングなどのデジタル造船も積極的に推進している。

近い将来、デジタル化、インテリジェンス化の進展と材料技術の継続的な発展により、3Dプリント技術は最終的に我が国の伝統的な造船業界に革命的な影響を与えると信じています。

出典：中国水運ニュース

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