【分析】3Dプリント製造技術の発展動向と我が国の構造転換への影響

経済のグローバル化と知識基盤の発展の加速に伴い、製造業は純粋工業時代の個別的な伝統的な製造業から、グローバル化時代のグリーンでインテリジェントな先進的な製造業へと変化してきました。 3D プリント製造技術は、世界の製造業に革命を起こす可能性のある新興技術であり、第 3 次産業革命の重要な象徴として、急速に発展し、幅広い注目を集めています。 3Dプリント製造技術は、世界のサプライチェーンを根本的に変え、世界の製造業の生産方法に全面的な影響を与え、我が国の現在の産業発展と構造転換に重大な影響を及ぼす可能性があります。

1 第3次産業革命と3Dプリンティング製造技術 第三次産業革命は新産業革命とも呼ばれています。アメリカの有名な未来学者ジェレミー・リフキンの著書『第三次産業革命：新経済モデルが世界を変える』では、インターネットと新エネルギーの組み合わせが新たな産業革命を生み出し、世界の技術要素と市場要素の構成に革命を起こすと述べられています。これは、19世紀の蒸気機関、20世紀の電化に続く、人類の第三次産業革命となります。第3次産業革命は光電効果と情報ネットワーク理論に基づいており、「グリーンエネルギー」と「クラウドテクノロジー」が基本的なシンボルとなっています。それは経済生産方式に大きな影響を与え、産業と競争の構図を再構築するでしょう。また、人々のライフスタイルと社会組織の形態を大きく変え、一連の変化を引き起こすでしょう。第三次産業革命は、グリーンエネルギーを「血液システム」、情報ネットワークを「神経中枢」、三次元製造（3Dプリント）を生産方式の突破口、分散化をパターンの再編として活用するという特徴を持っています。

3Dプリンティング製造技術とは、コンピュータによる3次元設計と3次元計算を活用し、ソフトウェアと数値制御システムにより特殊機能材料を層ごとに積み重ねて固める成形製造技術のことであり、部品の組み立て、切断、溶接技術によって製品を製造していた従来の製造業とは大きく異なります。 1980年代に登場したラピッドプロトタイピング技術に由来し、積層造形、アディティブマニュファクチャリング、インクリメンタルマニュファクチャリングとも呼ばれ、製造業における生産モデルの大きな変革であり、新しい製造方法です。 2012年、イギリスの雑誌「エコノミスト」は「第三次産業革命」という記事やウッディ・リプソンらの著書「3Dプリンティング：想像から現実へ」の中で、3Dプリント製造技術を第三次産業革命の重要な象徴と位置づけ、まだ改善の余地はあるものの、3Dプリント技術の市場潜在力は巨大であると指摘した。伝統的な製造業からインテリジェントでデジタルな製造業への継続的な進化の段階として、3Dプリントは将来の製造業のトレンドをリードする多くのブレークスルーの1つとなり、新しいフォーマット、新しいモデル、新しいメカニズム、新しい技術、新しいリーダーの出現を促進することは間違いない。

2 国際3Dプリント製造技術の開発動向
2.1 各国は3Dプリント製造技術の研究開発を重視しており、米国と欧州が主導的な立場にある 米国は2009年に付加製造技術開発ロードマップを発表し、2011年に「先進製造パートナーシッププログラム」を導入し、2012年にオバマ大統領はカーネギーメロン大学に米国「製造業イノベーションのための国家ネットワーク」プログラムの創設を発表しました。米国連邦政府と産業界は共同で10億ドルを投資し、製造分野における最先端かつ先進的な製造技術15件を選定し、15の製造業イノベーションセンターを設立して、米国製造業の競争力を総合的に強化しています。 5か月以上の議論を経て、「付加製造技術」が第1回製造イノベーションセンターのテーマとして特定され、「国立付加製造イノベーション研究所」が設立されました。同時に、全国600の国立研究所で3Dプリント技術の研究開発が推進され、今後10年間で世界の従来の製品の約50％を置き換えることを目指しています。欧州の研究者やビジネスリーダーも、付加製造を重要な新興技術とみなしており、大学、企業、政府の間でいくつかの付加製造技術連合が設立されており、その中には多国籍連合もあります。さらに、オーストラリアは最近、金属3Dプリント技術のルートを開発しており、南アフリカは大規模なレーザーベースの3Dプリンターの開発を支援しています。

2.23Dプリント製造技術と設備は、ハイエンドで高価なものから、製品のシリアル化、専門化、普及へと発展しており、業界の大手企業はその台頭を加速させている。

設備は3Dプリント製造技術の中核技術の一つであり、現在、欧州、米国、日本はこの分野で世界をリードするレベルにあります。同時に、国際的な3Dプリント設備製造業界は急速な合併と統合の過程にあります。世界の3Dプリンター業界では、3D SystemsとStratasysという2つのアメリカの企業の製品が市場シェアの大部分を占めています。3D Systemsは世界最大のラピッドプロトタイピング機器開発会社で、2011年11月に3Dプリント技術の最も初期の発明者であり最初の特許所有者であるZ Corporationを買収しました。Stratasysは2011年にHPと提携して3Dプリンターを製造することを発表し、2012年4月にはイスラエルの著名な3DプリントシステムプロバイダーであるObjetとの合併を発表しました。この分野で高い技術力と特徴を持つ他の企業/研究開発チームとしては、スウェーデンのArcam（3D金属直接製造）、ドイツのEOS（レーザービーム3D製造）、オランダのShapeways（顧客のカスタマイズに基づく製造）などがあります。

2.3 3Dプリント製造技術の産業チェーンは形を整えつつあり、将来の発展に大きな可能性を秘めている 情報、材料、生物学の分野における技術の急速な発展に伴い、3Dプリンティング製造技術は、航空、宇宙、自動車、生物学、電子工学などの分野のデバイス製造プロセスで検証され、応用されてきました。米国の積層造形技術を専門とする技術コンサルティングサービス協会Wohlersが発表した「Wohlers Report 2011」によると、世界の3Dプリンティング産業の生産額は1988年から2010年まで年平均26%の成長率を維持している。2010年の世界の3Dプリンティング製造業の産業規模は約20億ドルで、2020年には市場規模が108億ドルに達すると予想されている。世界の設備容量で見ると、北米とヨーロッパがそれぞれ世界の設備容量の 43% と 30% を占め、アジア太平洋地域が 23% を占めています。現在、世界の3Dプリント製造技術は急速に発展しており、欧米諸国では材料の準備、関連ソフトウェア、プロセス、設備、管理、クリエイティブサービス、アプリケーションを含む関連産業チェーンが徐々に形成されてきました。今後10年間で、3Dプリント製造技術の応用範囲は拡大し続け、産業規模は急速に成長すると予想されます。

3. 我が国における3Dプリント製造技術開発の現状
3.1 我が国は3Dプリント製造技術の研究開発力を形成し、3Dプリント関連のプロセスと機器を開発してきました。
わが国は20年以上にわたり、数多くの科学研究プログラムにおいて3Dプリント製造技術への継続的な支援を提供し、華中科技大学に材料成形と金型技術国家重点実験室、西安交通大学に国家迅速製造工学研究センターを建設し、研究開発の基礎を築いてきました。その中で、華中科技大学の選択的レーザー焼結技術は、玉柴や東風汽車などの企業のエンジン鋼製シリンダーヘッドなどの複雑な鋳物のワックス型や砂型の迅速な製造に応用され、企業のエンジンの自主研究開発能力を向上させました。西安交通大学は光硬化を利用して航空機の風洞模型を製作し、革新的な航空機の設計開発を促進しました。北航大学と西北工業大学はレーザー焼結技術を使用して大型チタン合金航空機構造を製造し、C919機首のプロトタイプ/サンプルに応用されました。また、北航大学の王華明チームが開発した「航空機チタン合金の大型複雑一体部品のレーザー成形」技術は、2012年に国家科学技術発明一等賞を受賞し、付加製造技術と主要機器の高性能キー金属部品製造技術における国際戦略競争の頂点を象徴しています。

3.2 中国は、中国における3Dプリント技術の産業化と市場化を促進するために、3Dプリント技術産業連盟と技術革新センターを設立しました。我が国の工業情報化部は、3Dプリント技術の産業化を積極的に推進しており、3Dプリント技術の仕様と標準の策定を促進するために、3Dプリント技術開発ロードマップと中長期開発戦略の策定を開始しました。わが国における3Dプリント技術の産業化と市場化を促進し、3Dプリント技術と伝統的な製造技術の有機的な結合を促進するために、2012年10月にアジア製造業協会は華中科技大学、北京航空航天大学、清華大学などの科学研究機関や関連企業と共同で「中国3Dプリント技術産業連盟」を設立し、プラットフォーム、標準、投資、資金調達の面からわが国の3Dプリント技術の産業化を推進しました。 2013年3月、中国3Dプリント技術イノベーションセンターが南京に設立され、3Dプリント技術の上流と下流のリソースを蓄積し、3Dプリント技術の導入と育成、産業化のための良好な基盤が築かれました。

3.3 3Dプリント製造技術の研究、開発、応用において、中国と諸外国の間にはまだ一定のギャップがある。 2012年末までに、世界の3Dプリンター機器の約4分の1がアジアで使用されており、そのうち日本が約半分、中国が約4分の1を占めています。この傾向は、イノベーションというよりも主に 3D プリント技術の応用という観点から、3D プリント製品バリューチェーンのローエンドがアジアに移行したことを示しています。同時に、わが国の3Dプリント業界全体には主導産業としての原動力が欠けており、業界全体の規模も比較的小さいです。一方、中国の製造業は未だ発展途上の段階にあり、各方面では3Dプリント技術の影響に対する認識が不足している。また、設備製造とプロセス制御の面では、プロセス制御、プロセス安定性、コア部品などの重要な技術と製品を突破する必要があり、材料調製の面では、材料特性の研究と材料調製装置の開発を強化する必要があり、科学研究と産業化の組織化の面では、企業を主体とし、生産、教育、研究、応用を組み合わせた組織モデルをさらに改善する必要があります。

4 3Dプリント製造技術が世界経済に与える影響 現在、規模の経済は製造業の典型的な特徴です。製造は大規模な生産モードで行われ、多額の固定工場および設備投資が必要です。しかし、リソースの制約とコストの増加により、規模の経済の利点が減少しています。現実には、モノのインターネットとクラウドコンピューティングの発展により、エネルギーと情報が共同で経済発展を牽引し、流通は新興モデルの代表となっている。分散型エネルギーからクラウドコンピューティングまで、産業用ロボットから3Dプリントまで、これらは流通の具体的な応用であり、流通後に再結合された規模の経済により、リソースの利用率が向上し、コスト支出が削減されました。これが次の産業革命の基本形態であると言えます。

4.13Dプリンティング製造技術は、工場生産を社会化生産に、大規模大量生産をローカライズ、パーソナライズ、カスタマイズされた生産に変えることで、あらゆる面で世界の製造業に完全な影響を与える可能性があります。
3Dプリント技術は、個別化の最良の具現化であり、製造業が採用できる生産方法でもあります。製品を一箇所で生産して世界中に出荷するのではなく、インターネットを介して設計図を瞬時に送信し、需要のある場所で製品を製造できるため、工場での大規模生産の同一形態を放棄し、個別化、小型化、経済性を実現します。その真の革命は、世界中でパーソナライズされたカスタマイズ製品を生産できるという点にあります。設計と生産のつながりが異なる時間と空間に細分化され、社会化された特徴を示し、設計と製造プロセスのつながりがより密接になります。将来、製品を製造することは難しくありません。難しいのは、誰がそれを設計できるかです。この設計はパーソナライズされ、インタラクティブなものになり、イノベーションは市場と結びつきます。市場が必要なもの、または市場にすぐに受け入れられる新しい製品を設計します。大規模な独占生産モデルが変化するだけでなく、需要と製造が多様化し、精密製造も数千世帯に浸透し、誰もが精密製造された製品を享受できるようになります。これは、従来の集中型生産システム構造を完全に超えています。

4.23Dプリンティング製造技術は新たなビジネスモデルを生み出し、既存の産業構造を変えるだろう 現在、3Dプリント技術は工業デザインや金型製造など多くの分野で広く利用されており、幅広い応用の見通しを示しています。大規模な大量生産が地域に密着したパーソナライズされたカスタマイズ生産に移行するにつれて、3D プリンティングは輸送および物流コストを削減するだけでなく、固定資産投資を大幅に削減し、製品の二酸化炭素排出量と二酸化炭素排出量を削減します。 3Dプリンティングは、「ジャストインタイム物流」を「ジャストインタイム生産」に置き換え、ビジネスプロセスをよりコスト効率が高く便利なものにし、世界のサプライチェーンを根本的に変え、雇用の再分配を引き起こし、企業とユーザーのやり取りの方法を変える可能性を秘めています。これは、一部の製造業が低コストの労働力の中心地から離れ、消費者に近い場所に戻ることができることを意味します。これらの変化は経済モデルをさまざまな程度に変え、将来の新たな経済成長のポイントとなるでしょう。

4.33Dプリンティング製造技術は巨大な市場機会をもたらし、将来の経済成長の重要な源泉となる可能性がある。
3Dプリント技術がもたらすチャンスは計り知れません。経済成長の重要な源となり、欧米の先進国に雇用が戻ってくる可能性もあります。また、世界的な貨物輸送を大幅に削減し、持続可能な新素材を使用することで、大きな環境上のメリットをもたらします。製造の資本コストを大幅に削減できるため、起業家が新しいアイデアを立ち上げやすくなります。また、顧客と環境のニーズに応じて製品をカスタマイズできるため、顧客に前例のない選択肢を提供できます。分析によると、将来最も重要かつ有望な 3D プリント市場には、デザイン (グローバルデジタルデザイン市場、ユニバーサルデザイン図面、カスタマイズされたデザインサービス)、家庭用 3D プリント (デジタルデザインカタログからの簡単な家庭用品の直接印刷、材料供給、3D プリンター修理サービス)、カスタマイズされた生産サービス (小売、生産、カスタマイズされたサービスの統合)、3D プリンター (生産とサービス)、材料 (新材料の開発、石油ベースのアクリルプラスチックからより持続可能で高品質の材料への移行) が含まれます。

4.4 3Dプリント製造技術が成熟した産業化の目標を達成し、技術的、経済的、社会的レベルでさまざまな課題を克服するには長い時間がかかるでしょう。
3D プリンティングは、今後 10 年または 20 年で最も破壊的なテクノロジーの 1 つになる可能性がありますが、新しいテクノロジーを新しい市場、新しい成長、新しい雇用につなげるプロセスは複雑であり、消費者の信頼の構築から効果的な標準まで、さまざまな非技術的な障壁を克服する必要があります。さらに、3Dプリント技術の生産プロセスは遅く、大量の製品を迅速に生産することは困難です。将来的には、有形製品のコピーコストが低くなり、企業が3Dプリントの研究開発と設計を行うことを思いとどまらせる可能性があります。企業は、設計と特許出願のアイデアに投資し、知的財産保護を強化するよう強く奨励される必要があります。さらに、3D プリントがもたらす破壊的影響は、業界によって異なる可能性があります。たとえば、衣料品、手工芸品、消費財などの比較的価値の低い製造業では、3D プリント製造技術は近い将来、大量生産方法と競合できるようになります。一方、より複雑な製造部門では、生産組立ラインを簡単に放棄できない可能性があります。たとえば、自動車業界では、3D プリントは部品製造で役割を果たしますが、大量生産方法を終わらせる可能性は低いです。

5. 3Dプリント製造技術が我が国の構造改革に与える影響
5.13Dプリント製造技術が中国の伝統的な製造業に大きな圧力をかけている 第三次産業革命がもたらしたデジタル製造は、製品コストの削減を目的としています。3Dプリント技術とインターネットプラットフォームに基づくグローバルクラウド製造モデルは、より安価で、より速く、より環境に優しいという利点を示し、わが国の安価な労働力の優位性は消え去ります。同時に、3Dプリントの広範な応用により、製品の研究開発プロセス全体を企業内で実行できるようになり、研究開発サイクルが短縮され、設計計画が適切に保護されます。しかし、これは、模倣に頼って生き残り、独自の設計能力に欠けている中国の多数の小規模企業にとっては非常に不利です。第三次産業革命の課題に直面し、3Dプリント製造技術が成熟するまでは、大規模製造企業や労働力と大型設備を基盤とする伝統的な製造業は当分存続するだろう。しかし、製造業のデジタル化が加速するにつれ、イノベーション能力を持たない企業は淘汰されることになるだろう。わが国の現在の経済発展において、資源、環境、労働コストが上昇しているという事実に加え、金融危機後に先進国が提案した「再工業化」計画も、わが国の末端産業に大きな圧力をかけることになるだろう。

5.23Dプリント製造技術は、中国の構造転換と調整のペースを促進し、製造業のレベルを向上させることができる 世界的な産業分業と協力において、私の国は製品の「設計者」ではなく「製造者」として、また「産業大国」ではなく「産業大国」として定義されています。わが国は産業の近代化をまだ完成していないため、伝統的な広範な産業発展モデルは生産性の向上を深刻に妨げており、産業のグレードアップと構造転換・調整は長期にわたる困難な作業となっている。技術の発展に伴い、ローエンド製造業はコスト上昇と利益の減少という大きな圧力に直面しており、中国は不利な状況を逆転させるために産業構造の転換と調整を実施する必要がある。 3D プリント製造技術は我が国の経済に多少のマイナスの影響を及ぼすものの、この技術は第三次産業革命の重要な象徴であり、ハイエンド製造を実現するための重要な手段の 1 つであると考えられています。産業構造の転換・調整は国家レベルでは注目されているが、実際の運用においては、地域によって状況が異なるため、進捗は遅い。 3Dプリント技術の継続的な成熟は、中国の産業構造の転換と調整のペースを加速し、製造業のレベルを向上させることができます。3Dプリント技術の産業化は、我が国の新型工業化、都市化建設、伝統産業のアップグレードの促進、産業構造の最適化において非常に重要な主導的役割を果たすことができます。

我が国の3Dプリント製造技術と産業の将来の発展に向けた6つの提案
3Dプリント製造技術は、我が国の第三次産業革命への対応、国家の工業力の向上、主要な国防装備の製造能力の向上に関係しています。我が国がこの技術分野で最先端を維持できるようにするには、我が国は3Dプリント製造技術の支援と指導を重視し、3Dプリント製造技術の発展と推進を奨励する必要があります。このため、次のことが推奨されます。

（１）３Ｄプリント製造技術と産業革新のトップレベルの設計を強化し、中国における３Ｄプリント技術の開発と応用を促進するための国家戦略を策定する。既存の基礎を基に、国際フロンティアを目指し、産業技術発展の方向を把握し、発展戦略研究を強化し、我が国の製造業発展の主要なニーズと我が国の産業転換・グレードアップ、インテリジェント製造業の発展の機会をターゲットにして、今後10～15年間の我が国の3Dプリント製造技術発展ルートを策定し、3Dプリント産業を計画・指導し、我が国の3Dプリント産業の位置付けを見つけ、3Dプリント産業の健全な発展を実現します。

（２）国家科学研究計画に協力し、３Ｄプリント製造技術の研究開発を実施し、我が国の製造業の向上を推進する。国家の科学研究計画の緊密な統合を推進し、基礎理論研究、技術革新研究、3Dプリント製造技術の推進と応用の間の有機的なつながりを強化します。国は、条件付きで大学、国立研究所、企業のエンジニアリングセンターにおける研究と人材育成の強化を奨励するための特別な科学技術戦略を策定すべきである。航空宇宙、自動車金型、バイオメディカル、電子製造などの産業に焦点を当て、重要な技術分野での技術革新の支援に注力し、先進技術の推進と応用を積極的に推進し、我が国の製造業の全面的な刷新、転換、置き換え、アップグレードを推進し、産業構造の調整を加速します。

（３）３Ｄプリンティング製造時代の労働力と革新的リーダーの育成を加速し、将来の製造業発展の人材ニーズに十分応える。 3Dプリント製造の時代において、世界の製造業は分散化、ネットワーク化、フラット化を特徴とし、労働力と人材の質と能力、そして人材育成のための教育システムに対して新たな要求を突き付けています。一方では、3Dプリント製造技術の研究開発と産業発展における主導的人材と複合的人材の導入と育成を加速し、業界の自主革新能力を向上させる必要があり、他方では、第三次産業革命と3Dプリント製造の時代に活躍する人材と革新的リーダーの育成に重点を置く必要がある。この時代の労働者の特徴は、インターネットを通じて良質なリソースを獲得し、ビッグデータ時代の知識を自ら学び、自ら組織化し、処理する能力を持ち、新たな業務運営モデルや技術運営組織システムを開発して、業界の持続的な発展を促進することです。

（4）3Dプリント製造技術成果の移転、転換、産業化のための新たなメカニズムを模索し、産業チェーン、イノベーションチェーン、バリューチェーンの統合、発展、改善を促進する。産業の勃興には、技術の突破だけでなく、市場の開拓、専門技術サービス、インフラ建設、関連産業の発展など、さまざまな面での経済技術条件の調整とサポートが必要です。また、業界全体を活力に満ちたものにするためには、柔軟で完全なバリューチェーンを構築し、どのリンクでも価値を創造・実現し、企業の参入と退出をスムーズに実現し、さまざまな投資主体と企業の参入を大幅に刺激し、技術革新と産業チェーンの形成をスムーズに完了できるようにする必要があります。 3Dプリント製造技術イノベーションを組織する過程では、3Dプリントの材料準備、設計、ソフトウェア、技術、設備、管理、クリエイティブサービス、アプリケーションなどの関連産業チェーンを中心にイノベーションチェーンをさらに展開し、生産、教育、研究、応用の統合を強化し、企業の研究開発の優位性を浮き彫りにし、生産、教育、研究、応用を統合した3Dプリント製造技術イノベーションアライアンスの設立を積極的に支援する必要があります。 3Dプリント製造技術研究開発の国内優位性に焦点を当て、リソースを共有し、イノベーションで協力し、科学技術成果の移転、変革、産業化を加速し、3Dプリント製造技術と産業の迅速かつ健全な発展を支援するための良好な環境を作り、3Dプリント技術イノベーションシステムの構築を促進し、3Dプリントの製品バリューチェーンを全面的に強化します。

編集者: 南極熊著者: 王文涛劉延華

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