中国の付加製造産業の発展の現状と動向

21 世紀初頭以来、製造業の生産性をいかに向上させるかが世界的な焦点となっています。中国は、国際産業構造転換の一般的な流れを踏まえ、「中国製造2025」を提唱し、中国の製造業の品質と発展レベルを全面的に向上させるための重要な戦略的取り決めを行った。その中で最も画期的な技術が積層造形（AM）である。積層造形技術とは、コンピュータソフトウェアの設計データを使用して、材料を層ごとに積み重ねることで物理的な部品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。

1中国の付加製造産業の発展の概要 中国の付加製造業は、30年近くの発展を経て、産業化のペースが著しく加速し、科学技術革新の成果が顕著に増加し、主要技術と設備の性能が継続的に向上し、一定の競争力を持つ数多くの基幹企業が出現し、応用分野が拡大しました。いくつかの産業クラスターが形成され、初期の生態系が形作られました。中国付加製造産業連盟の統計によると、中国の付加製造産業の規模は2016年に80億元に達した。インターナショナル・データ・グループ（IDG）の業界成長率予測22.3%によれば、中国の付加製造業界の規模は2017年に100億ドルを超えると予想されている。

1.1 科学技術の成果の大幅な向上 過去30年間、中国は付加製造技術の研究開発に多大な努力を注いできました。中国は、数多くの科学研究プログラムにおいて付加製造技術に対する継続的な支援を行っており、華中科技大学に材料成形と金型技術の国家重点実験室、西安交通大学に国家迅速製造工学研究センターを設立し、研究開発の基礎を築いた。その中で、西安交通大学の呂炳恒院士率いるチームは光硬化法を用いて航空機風洞模型を製作し、航空機の革新的な設計開発を推進した。北京航空航天大学の王華明院士率いるチームと西北工業大学の研究チームはレーザー焼結技術を用いて大型航空機構造物を製造した。図1は西北工業大学が製造したC919航空機の3010mm長のチタン合金中央翼1番リブストリップを示している。華中科技大学の研究チームは選択的レーザー焼結技術を用いて玉柴や東風汽車などの企業のエンジン鋼シリンダーヘッドなどの複雑な鋳物のワックス型と砂型の迅速な製造を行い、同社のエンジンの自主研究開発能力を向上させた。

図1 LSF社製C919大型旅客機中央翼リブ

中国の付加製造の科学技術の成果が次々と現れるにつれ、多くのハイレベルの研究開発チームと学術リーダーが登場しました。西安交通大学の陸炳恒氏、北京航空航天大学の王華明氏、清華大学の閻永年氏、華中科技大学の石宇生氏、西北工業大学の黄衛東氏、中国科学院化学研究所の徐建氏、中国科学院福建省物質構造研究所の林文雄氏、華南理工大学の楊勇強氏など。さらに、大連理工大学、南京航空航天大学、中国北方大学、深セン先進技術研究所、中国科学院自動化研究所などの科学研究機関は、設備開発、ソフトウェア開発、製品製造、材料研究開発の分野で一連の革新的な研究を実施し、満足のいく成果を達成しました。

1.2産業の発展が形になり始めた 中国付加製造産業連盟の統計によると、中国の付加製造産業の規模は2016年に80億元に達し、産業規模は急成長を遂げ、杭州仙林3Dや西安ポリライトに代表される設備メーカー、湖南華樹や北京新景和に代表される付加製造産業ソリューションプロバイダー、青島三迪宇宙や北京南極熊に代表される情報プラットフォームサービスプロバイダーを形成している。この業界は、3次元データモデリングとソフトウェア、3Dプリント機器、消耗品、アプリケーションサービスをカバーし、基本的に完全な3Dプリント産業チェーンを構築しています。

統計によると、2016年には広東省で付加製造に従事する企業が400社以上あり、生産額は約37億元に達した。陝西省の付加製造産業の規模は10億元を超える。北京には、付加製造技術の研究開発、生産、サービスに従事する企業が70社以上あり、売上高は約5億人民元に上ります。

1.3 産業資源が徐々に集まる 中国の付加製造産業はハイテク工業団地を中心としており、徐々に産業資源の集中と統合を形成している。その中で、図2に示すように、ワイナンハイテク産業開発ゾーン（「ワイナンハイテクゾーン」と呼ばれます）は、ワイナンハイテクゾーンの3D印刷業界栽培基盤です。、Li Dichen教授、Huang Weidong教授、Shaanxi Additive Institute、Shaanxi Zhituo、Shaanxi Jugaoを含む59の企業をインキュベートしました学位以上の学位。

図2 渭南ハイテク産業開発区

安徽省中谷3Dプリント知能設備産業パークは、中国科学院上海光学精密機械研究所、中国科学技術大学、華中科技大学などの大学や研究所、および高品質の3Dプリント企業の科学技術チームを結集し、安徽省中谷3Dプリント知能設備産業技術研究所と3Dプリント産業発展基金を設立し、政府、産業界、学界、研究、応用の間の深い協力と共同イノベーションを促進し、共通産業技術の研究開発における画期的な進歩を促進しています。現在、30社以上の3Dプリント企業がこのパークに拠点を置いており、華東最大の3Dプリント産業クラスターとなっています。 2020年までに生産額は50億～80億元に達し、国内に一流の3Dプリント産業クラスター拠点が構築されると予測されています。

1.4 応用分野は絶えず拡大しています 中国では、材料、プロセス、設備に関する研究成果の一部が産業化されており、付加製造の応用サービスは航空宇宙、自動車、船舶、再製造、バイオメディカル、文化創造教育など複数の分野に及んでいます。

航空宇宙分野では、西安ポリライトレーザー成形技術有限公司が選択的レーザー溶融（SLM）技術を使用して、コンフォーマル内部流路、複雑な薄壁、軽量化のための中空化、複雑な内部空洞、多部品統合などの複雑な構造上の問題を解決し、航空宇宙における極めて複雑な精密部品の加工および製造問題を解決します。毎年、航空宇宙分野に8,000を超える複雑な精密構造部品を提供できます。

自動車分野では、安徽恒力付加製造技術有限公司が選択的レーザー焼結（SLS）技術と石膏真空圧力鋳造技術の統合を利用して、一体型バイメタル複合エンジンシリンダーブロックを製造し、従来の型開きと砂型鋳造モデルを変え、輸入品に取って代わり、奇瑞汽車、東風汽車、広汽、全柴などの企業で成功裏に採用されています。

造船分野では、上海電気集団有限公司は「3Dプリントガスタービン軸流産業応用探索」プロジェクトを活用して、大型ガスタービンの主要部品のプロトタイプ設計と最適化を支援し、金属3Dプリント部品を取り付けに使用して、従来の鋳造部品や鍛造部品を部分的に置き換えることができます。

再生分野では、機械科学総合研究所先進製造技術研究センターとドイツのフラウンホーファーレーザー技術研究所が協力し、国内初となる高速レーザークラッディング補修システムを導入した。このシステムは自社製の高性能微細金属粉末を使用し、最大200m/分の補修速度を実現し、現在の最高速度の40～50倍に相当し、電気メッキに代わるものである。関連する成果は、北京炭鉱機械、鄭州炭鉱機械、平頂山炭鉱機械などの企業で推進されている。

バイオメディカルの分野では、湖南華樹高科技有限公司が選択的レーザー焼結技術とCTスキャンを使用して骨折部位の術前モデルを「印刷」し、手術の精度を高め、手術時間を3分の1以上節約しています。湘雅病院と長沙第三病院で2,000件以上の臨床事例を成功させています。

文化創造教育の分野では、青島智勝3D製造有限公司がジュエリーメーカーのスワロフスキー社と協力してカスタマイズされたジュエリーの3Dプリントを実現し、コストを大幅に削減し、パーソナライズされたニーズを満たしました。

2中国の付加製造産業の発展が直面する主な問題 国の強力な支援により、積層造形産業は急速に発展しました。付加製造技術や設備であれ、新素材の研究開発や伝統的な製造業と組み合わせた協調開発であれ、中国は研究を進め、大きな進歩を遂げてきました。しかし、欧米の先進国と比較すると、中国の付加製造産業はまだ発展の初期段階にあり、付加製造技術は従来の製造技術と比較して多くの新たな課題と新たな問題に直面しています。

2.1 工業化の強化が必要 中国の付加製造技術は現在、主に製品の研究開発プロセスで使用されていますが、使用コストが高い、製造効率が低い、製造精度が不十分などの問題が依然として残っています。付加製造技術の応用レベルは比較的遅れており、依然として産業発展の初期段階にあります。プロセスと設備の研究開発はまだ不十分であり、従来の製造と組み合わせてさらに探求する必要があります。

現在、積層造形技術のほとんどは、まだ大学や研究機関の研究室にあります。積層造形産業の中核は、主要材料の研究開発と生産にあります。材料特性は、製品の機械的特性、安定性、生体適合性など、その他の特殊特性を決定します。中国は、特に金属、光硬化材料などの主要材料の研究開発と生産能力を強化する必要がある。

2.2 業界規模が比較的小さい 統計によると、2016年に中国のスマート製造業の生産額は1.2兆元に達し、付加製造業の規模は80億元でした。付加製造業の規模は年々急速な成長を遂げていますが、付加製造はスマート製造業の6‰を占めるに過ぎず、伝統的な製造業とは程遠いものです。現在、積層造形企業は一般的に規模が小さく、産業用途は従来の大量生産技術の補足にすぎません。積層造形技術については、研究開発や産業育成を強化し、産業規模を拡大し続ける必要がある。

2.3 イノベーションプラットフォーム構築の欠如
2012年、米国政府は国防総省製造装備センターを中心に、企業、研究機関、地方自治体など100の組織を組織し、共同で「国立付加製造イノベーションセンター」を設立した。中国では、積層造形産業の有効な国家レベルのイノベーションプラットフォームがまだ確立されていない。大学、研究機関、企業はそれぞれ独自に活動しており、共同研究の動機が不十分である。生産、教育、研究、応用を密接に統合した研究開発と産業化促進メカニズムはまだ効果的に形成されていない。積層造形に精密なサービスを提供する現代サービス産業を積極的に発展させることは、積層造形産業の付加価値と競争力を向上させる上で大きな意義がある。

2.4 工業団地の協調的開発が弱い 中国の付加製造業は、まだ合理的な産業エコシステムを形成しておらず、ハイレベルの国家新産業化モデル基地を形成しておらず、顕著な特徴、地域連携、段階的競争を伴う新しい製造業発展パターンもまだ形成されていない。中国には渭南ハイテク区3Dプリント産業育成基地や安徽中谷3Dプリント知能設備産業パークがあるものの、産業規模は比較的小さい。2016年、渭南ハイテク区の生産額はわずか5億2000万元で、安徽中谷はまだ建設中です。

2.5 業界標準はまだ形成されていない 積層造形業界の標準の欠如は世界的な問題であり、業界標準の欠如は業界の異常な拡大、悪質な競争、その他の望ましくない現象を引き起こしており、これは特に中国で顕著です。中国は30年間の産業発展を経て、産業発展をより良く規制するために、優秀な企業が国際および国内の業界標準の策定に参加することを積極的に奨励すべきである。

中国の付加製造産業の3つの発展動向
3.1 良好な政策環境の構築中国は付加製造産業の発展を非常に重視しています。「中国製造2025」では、付加製造技術と設備の研究開発と応用を加速し、付加製造イノベーションセンターを構築する必要があると指摘しています。「中国製造2025」の「1+X」計画体系では、8つの計画で付加製造が言及されており、研究開発、産業化、応用の優先事項として挙げられている。

2017年12月13日、工業情報化部、国家発展改革委員会、教育部、公安部、財政部、商務部、文化部、国家衛生計画生育委員会、税関総署、国家品質監督検査検疫総局、国家知識産権局など12の部門が共同で「付加製造産業発展行動計画（2017～2020年）」を発表した。行動計画では、2020年までに付加製造業界の年間売上高が200億人民元を超え、年間平均成長率が30％を超えると指摘している。主要なコア技術は国際同期開発のレベルに達し、プロセス設備は基本的に業界の応用ニーズを満たし、生態系システムの構築が大幅に改善され、一部の分野で大規模な応用が実現され、国際開発能力が大幅に向上しました。行動計画では、重点課題として、イノベーション力の向上、供給品質の向上、実証実験の促進、先導企業の育成、支援体制の整備など5つの重点課題を提示している。

また、北京市、陝西省、遼寧省、福建省、湖北省、黒龍江省なども産業発展を促進し、地方の産業発展を導くための関連意見を発表している。

3.2 有望な経済発展の見通し Wohlers Associates (2017) によると、世界の付加製造業界は 1988 年から 2015 年までの 27 年間で年平均 26.2% の複合成長率を記録し、そのうち 2012 年から 2014 年までの年平均成長率は 33.8% に達しました。2016 年には、世界の付加製造市場規模は 70 億米ドルを超え、2018 年には 125 億米ドルに達すると予想されています。産業ライフサイクル理論によれば、世界の付加製造産業は今後10年間、急速な成長期を維持し、大きな発展の可能性を秘めており、2020年までに世界の生産額は1,100億米ドルに達すると予想されています。マッキンゼーは、2025年までに世界の付加製造業界が最大2,000億～5,000億ドルの経済的利益を生み出す可能性があると予測しています。

図3 Wohlers Associates (2017) 世界の付加製造産業の市場規模と予測

3.3 社会組織が共同で推進する中国の付加製造産業の発展に伴い、さまざまな産業サービスサポートシステムが徐々に改善されてきました。国家付加製造標準化技術委員会は2016年4月に設立され、付加製造プロセス、設備、材料、データインターフェース、製品の品質管理、性能評価に関する業界および国家標準の研究と策定、品質と技術の評価、第三者によるテストと認証を実施し、付加製造技術の普及と応用を推進しています。 2016年10月に中国付加製造産業連盟が設立されたことは、政府と業界、トップレベルの設計と企業の実践を緊密に融合し、付加製造材料、プロセス設備、主要部品などの産業チェーンの研究開発と産業化を共同で推進し、主要産業における付加製造の革新的な応用を促進することに役立ち、「推進計画」を実施し、製造強国の構築と産業の転換とアップグレードを促進するための重要な措置です。 2016年12月、国家は国家付加製造イノベーションセンターと国家付加製造品質監督検査センターの設立を承認した。各種産業サービス機関の設立に伴い、中国の付加製造産業の発展も加速するだろう。

3.4 テクノロジーがより広く利用される 材料面では、大手材料生産企業が積層造形用特殊材料の研究開発と生産に取り組んでいます。金属積層造形用特殊材料については、粉末のサイズ、形状、化学的性質などの材料特性を最適化し、積層造形開発のニーズを満たす金属材料を開発しています。非金属積層造形用の特殊材料をターゲットにすることで、既存材料の耐熱性、高強度などの性能を向上させ、材料コストを削減することができます。

プロセス技術の面では、デジタルモデル、特殊プロセスソフトウェア、制御ソフトウェアを開発し、企業が積層造形に必要なモデリング、設計、シミュレーションなどのソフトウェアツールを開発するのをサポートし、3D画像スキャンやコンピュータ支援設計などの分野で画期的な進歩を遂げています。金属部品成形における高効率、熱応力制御、変形・割れ防止、組織性能調整などのプロセス問題、および非金属材料成形技術における温度場制御、変形制御、材料組成制御などのプロセス問題を解決します。

製造設備とコア部品の面では、積層造形用の特殊材料、プロセス技術、設備の組み合わせを強化し、自主的な知的財産権を持つ積層造形設備の開発と使用を推進し、金属材料積層造形設備の効率、精度、信頼性、および非金属材料積層造形設備の高温動作とプロセス安定性を継続的に向上させます。

成熟した技術製品の応用実証の面では、国家の主要プロジェクトの構築は、航空宇宙分野における金属材料の付加製造の応用問題の解決に焦点を当てており、条件が満たされれば国防や軍事産業の他の分野にも拡大します。技術が比較的成熟している製品設計開発分野において、積層造形サービスセンターやデモンストレーションセンターを整備し、ユーザーにラピッドプロトタイピングや金型開発を提供することで、積層造形の普及と応用を推進します。

4 結論と政策提言 習近平総書記は中国共産党第19回全国代表大会の報告で次のように指摘した。「中国経済は高速成長段階から質の高い発展段階に移行し、発展方式の転換、経済構造の最適化、成長の原動力の転換という重要な時期にある。現代的経済システムの構築は、この節目を越えるための緊急の要求であり、中国の発展の戦略目標である。我々は、品質第一、効率第一を堅持し、供給側構造改革を主軸とし、経済発展の質、効率、原動力の変化を促進し、全要素生産性を向上させ、実体経済、科学技術革新、現代金融、人的資源が調和した発展を遂げる産業システムの構築を加速することに注力しなければならない。我々は、有効な市場メカニズム、活力のあるミクロ主体、適度なマクロコントロールを備えた経済システムの構築に努め、中国の経済革新と競争力を継続的に高めなければならない。」これは党中央が大局を踏まえて未来を見据えて下した重大な戦略決定であり、「中国製造2025」を力強く実行し、イノベーション主導のエンジンを開発し、実体経済、科学技術イノベーション、現代サービス、産業クラスターが協調して発展する産業システムを構築し、「中国製造」から「中国製造インテリジェンス」への転換を推進するものである。

4.1 産学連携、研究・応用の強化、新興産業の育成・拡大 新興産業は、経済システムの中で最もダイナミックで成長の可能性のある部分です。新興産業の代表として、付加製造は産業サービスを強化し、新興産業の資源統合システムを形成し、生産、教育、研究、応用の統合を強化し、主要な共通技術の革新と開発を加速します。「中国製造2025」の全体的展開に合わせて、国家付加製造イノベーションサービスセンターを設立し、大学、研究機関、重点企業からなる戦略的新興産業サービス機関を育成し、金属付加製造と非金属付加製造の共通技術イノベーションと産業応用プラットフォームを構築し、生産、教育、研究、応用を密接に融合した協力メカニズムを確立し、完全な材料、設備、プロセス、テスト、応用システムを形成します。新興産業における科学技術成果の移転・転換を促進し、新産業、新モデル、新業態の健全な成長を形成します。

4.2 供給側に焦点を当てて伝統産業のアップグレードを最適化する 伝統産業は経済成長を安定させ、人々の生活と福祉を向上させる主力であり、新しい技術、新しい経営、新しいモデルを導入することで、大きな活力で活性化することができます。付加製造のための特殊材料、装置、主要コンポーネントなどの主要分野に対するサポートを強化します。科学技術革新の成果を指針として、伝統産業のグレードアップを最適化し、伝統的な製造業の転換とグレードアップを推進します。私たちは、国内の供給側に力を集中し、製造業の革新サービスセンターを数多く建設し、伝統産業の転換とアップグレードを最適化する必要があります。

4.3 革新的な開発エコシステムを構築するための最新サービスの協調的開発 現代のサービス産業は、実体経済と製造業の発展にとって重要な支えであり、強い専門性、積極的な革新、高度な産業統合などの特徴を備えており、業界の付加価値と競争力を高める上で大きな意義を持っています。付加製造業における専門的な現代サービス産業を積極的に発展させ、付加製造技術価値評価取引、プロジェクトインキュベーション、科学技術金融、政策研究などの専門的な科学技術サービスを強化します。集中した現代サービス産業の資源を活用し、付加製造産業の公共サービスプラットフォーム業務を展開し、革新的発展のエコシステムを構築します。

4.4 付加製造産業クラスターを構築し、産業の統合的発展を促進する 付加製造分野を中心とした産業クラスターを育成し、国家レベルの新産業化モデル基地を創設し、地域の状況に適応し、特色が際立ち、地域が連携し、競争が段階的に行われる新たな産業発展パターンを形成する。中国付加製造産業連盟の役割を十分に発揮し、政府と業界のリソースを結合し、技術、産業、応用の各分野でセミナーやマッチング会議を実施し、業界と政府、産業チェーンの上流と下流のドッキングチャネルを構築し、産業協力を促進し、生産企業とユーザーのニーズとのつながりを強化し、技術の推進と応用を加速します。社会勢力と地方政府の投資を指導・促進し、積層造形技術の徹底的な応用を共同で推進し、中国の積層造形産業の持続的かつ急速な発展を促進します。
出典：中国理工大学著者：王強

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