3D プリントは「革命的な」技術と言われていますが、なぜ期待したほど普及が進んでいないのでしょうか?

3Dプリンティング業界にいると、毎日「衝撃」「破壊」「革命」といった言葉を浴びせられているような気がします。しかし、個人的な感覚としては、3Dプリンティングは想像していたほど早くは発展していないということです。まだ独自のペースで前進しています。結局のところ、これは製造業です。人工知能、シェアリングエコノミー、ニューリテールの流行を見ると、Antarctic Bear は自分の選択に疑問を抱くこともありますが、それでも自分の選択を貫き、3D プリントの未来を信じています。

コンピュータ上の設計ソフトウェアを使用してモデルを描き、それを印刷可能なファイルに変換し、ワンクリックで 3D プリンターのスプレーガンを起動します。その後、プラスチック、感光性樹脂、または金属を使用して、実際のオブジェクトを層ごとに積み重ねることができます。これは、電子レンジサイズのデスクトップ 3D プリンターを使用しておもちゃや模型を作るという単なるシナリオではありません。業界の大手企業は、産業グレードの 3D 印刷装置を使用して最終使用部品を直接製造しようとし始めています。

しかし、3D プリント業界の実務家やアナリストの目には、この「革命的な」技術の価値と、従来の生産プロセスやコンセプトに対するその「破壊力」はまだ十分に認識されていません。「最終部品の製造に3Dプリントを使い始めたばかりだ」。世界最大の3Dプリンターメーカー、ストラタシスのアジア太平洋および日本担当社長オマー・クリーガー氏は最近のインタビューで、3Dプリントの現在の応用市場は設計段階の試作からカスタマイズされたツールの生産および製造段階にまで拡大しているが、この技術が最終部品の大量生産に利用できるようになるまでには、まだ道のりが長いと語った。

EYが昨年、世界中の900社を対象に実施した調査レポートによると、3Dプリントを企業戦略に取り入れている企業はわずか8％で、16％の企業はこの技術は重要だと考えながらも、その重要性をまだ評価中だという。破壊的技術として知られる3Dプリンティングは、登場から30年経ちます。なぜ、その普及は予想ほど進んでいないのでしょうか？「3D プリンターのような製品の場合、製品の理解にはまだ課題があると常に感じていました。」オマー・クリーガー氏は、3D プリンティングが従来の製造業に大規模に取って代わることはないと考えています。部品の直接印刷を実現するには、技術と材料の性能を向上させるだけでなく、従来の生産コンセプトの革新にも時間がかかります。市場で 3D プリントの利用を促進するにはどうすればよいでしょうか?中国では、ストラタシスは印刷材料の価格を下げることを選択しました。

カスタマイズを強みとする付加製造は、従来の製造に取って代わるものではない。

3Dプリンティング（積層造形）は、従来の切削加工が「減算」であるのに対し、逆に材料を層ごとに追加することで立体物を製造します。切断、穴あけ、その後の機械加工は必要ありません。3D プリントには、迅速なプロトタイピング、高い柔軟性、コスト削減などの利点があります。形状がどれだけ複雑であっても問題ありません。逆に、構造が複雑であればあるほど、中が空洞になり、使用する材料が少なくなり、コストが下がります。これは、従来の生産方法とはまったく逆です。

3D プリントアプリケーションの開発パスは、プロトタイピング、ツールと固定具の製造、最終部品の印刷という 3 つの段階に分けられ、段階的に進んでいきます。現在、最大の応用分野は依然としてプロトタイピングであり、3D プリントの助けを借りて製品設計サイクルを短縮し、市場投入を加速することを目指しています。 Stratasys は、市場が現在フェーズ 1 からフェーズ 2 への移行の転換点にあり、最終部品の生産が軌道に乗り始めていると考えています。 2019 年頃までに、3D プリンティングはツールの製造よりも最終部品の製造に使用されるようになるでしょう。
△3段階の応募
△ 設計プロセス中の迅速なプロトタイピング
設計プロセス中の迅速なプロトタイピング

第 3 段階では、最終部品には材料の靭性、表面の滑らかさ、美観、印刷技術に対するより高い要件が課せられます。現在、3Dプリントに使用されている材料の機能性を考えると、この技術は最終的な部品の量産にはまだ一定の距離があり、例えば、自動車の量産における耐高温性や耐衝撃性の要件を満たすことができません。 3D 印刷業界が直面している課題は、印刷の精度、信頼性、再現性を高めるために、材料、ハードウェア、ソフトウェアのパフォーマンスを向上させることです。

「3Dプリンティングは破壊的な技術だとよく言われますが、実際のところ、製造業の分野では、人々はこの破壊的な新技術を好んでいません」とオマー・クリーガー氏は述べ、従来の製造プロセスに新しい製造方法を導入するには、まず概念的な障壁を乗り越えなければならないと語った。産業革命が始まって以来、生産量を増やしてコストを削減することに重点が置かれてきましたが、3D プリンティングはまさにその逆です。積層造形の強みは、少量のカスタマイズとオンデマンド生産にあるため、大量生産を特徴とする従来の製造業に取って代わるものではありません。

Stratasys の最も有望な 4 つの垂直市場は、航空宇宙、自動車、民生用電子機器、ヘルスケアであり、いずれもカスタマイズされた需要が多数ある業界分野です。たとえば、歯や骨を印刷する場合、患者ごとにニーズが異なります。最近、ストラタシスはエアバスのサプライヤーとなり、同社のA350航空機の部品を生産している。これは部品が 36 個しかない非常に小さな注文です。各航空機に必要な部品は 1 個または少数のみであるため、大量に生産する必要はありません。

大型部品を少量で3Dプリントする実現可能性をテストしているフォード・モーター社も、3Dプリントはまだ大規模な自動車部品の製造には適していないと考えているが、取引量が少ないカスタム注文やレーシングカーの製造には間違いなく優れた製造方法だ。
△中国東方航空がULTEM 9085航空認証材料を使用して印刷した航空機コックピット用の「電子飛行データパッケージ」ブラケットは、完成後に加工され、取り付けられて使用されます。
「3Dプリンティングは航空宇宙産業と自動車産業で最も急速に成長する可能性が高い」とオマー・クリーガー氏は予測する。これまでNASAは、複雑で耐久性のある火星探査車の部品の製造にStratasysの3Dプリンターを使用してきました。ドイツの宇宙計画では、3Dプリント技術を利用して、火星の過酷な環境のシミュレーションテスト用の火星探査ロボット「トランスロポーター」のプロトタイプを製造することも計画している。
△矯正模型、クラウン・ブリッジ模型、外科用ガイドに適用
中国における3Dプリントの市場受容はまだ初期段階にある

印刷装置自体の運用・保守コストに加え、3D 印刷材料の高価格も、この技術の普及を妨げる重要な理由となっています。米国では、3Dプリント技術は試作からカスタマイズされたツールの生産と製造へと徐々に移行し始めています。米国などの成熟した市場と比較すると、中国での3Dプリントの応用は遅れており、まだ大部分が概念的なプロトタイプ設計段階にあります。ユーザーは印刷材料の価格に対してより敏感です。

このため、ストラタシスは、概念プロトタイプの膨大な需要に応えるため、既存の類似材料より 50% 安い価格で 2 つのカスタマイズされた材料を来年半ばに中国市場に投入することを決定しました。同社は今年12月に一部資材の価格を調整する予定。「中国における3Dプリントの普及はまだ初期段階にある。価格引き下げは、ユーザーが研究開発やコンセプトプロトタイプの印刷で3Dプリント技術をさらに活用するよう促すためだ」とストラタシス・グレーターチャイナのゼネラルマネージャー、ザイ・リアンジ氏は同紙に語った。

「中国の製造業における3Dプリント技術の普及率は、確かに米国よりもはるかに低い」とオメル・クリーガー氏は述べ、3D技術の応用は常に緩やかで小さなステップの傾向にあり、米国やドイツもそうだったが、中国でも同様になるはずだと語った。中国市場の利点は、新しい技術が一度採用されると、非常に迅速に複製できることです。

30年前、ストラタシスの創設者は、現在でも3Dプリンティングのコア技術となっているFDM（熱溶解積層法）技術の特許を申請し、取得しました。しかし、オマー・クリーガー氏は、3D プリンティングが業界全体の生産プロセスを真に変え、より多くの企業に受け入れられるためには、1 つの企業の努力だけでは決して十分ではないと考えています。 3D プリンティング業界は、少数の企業によるゼロサムゲームではありません。アプリケーションシナリオを拡大するには、企業が協力する必要があります。
△ロボットと3Dプリンティングの融合「例えば、昨年はシーメンス社と共同でストラタシス・ロボティック・コンポジット3Dデモンストレーターのコンセプトマシンを開発しました。従来の3Dプリンターは垂直または水平方向に印刷しますが、このマシンは360度全自動印刷が可能で、より複雑な形状、より軽量で強度の高い製品に適しています。」オマー・クリーガー氏は、各社の強みを生かしたこの新しい印刷方法は、航空宇宙産業や自動車産業のリーダーが3Dプリンティングの技術的価値をより理解できるように設計されていると語った。

出典：ザ・ペーパー

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