詳細記事: 3D プリント材料への道とは?

この投稿は、Little Soft Bear によって 2017-8-22 16:48 に最後に編集されました。

3D プリントは単に人気があるだけではありません。しかし、実際に 3D プリンターから出てくる樹脂製品やプロセスを見ると、この人気の技術に少しがっかりするかもしれません。印刷には時間がかかり、精度も十分ではなく、色もそれほどリアルではありません。しかし、それは問題ではありません。これらのどれも、3D プリントが大ヒットすることを妨げるものではありません。結局のところ、まだ初期段階にあり、成熟すれば、製造業の生産方法を変え、私たちの生活にも変化をもたらすでしょう。
人々は 3D プリンターの仕組みや 3D プリンターで実際に何が作れるかに注目していますが、将来的に 3D プリンターで最も利益を生む部分の 1 つである材料を見落としています。アメリカの大手3D Systemは、今後3年間で材料部門が3D業界の最大の収益源になると予測している。 HP プリンターがどのように利益を上げているか覚えていますか?そうです、トナーカートリッジを販売しています！これは 3D プリント業界を理解する上で何らかのインスピレーションを与えてくれますか?大連理工大学材料工学部の教授兼博士課程の指導教員である姚山氏への独占インタビュー。それでは見てみましょう。

材料はより利益率が高く、現在は主に外国によって独占されている
3D プリント技術の今後の発展により、材料に対する要求は確実にさらに高まるでしょう。私の国における材料関連産業の発展状況はどうですか?

ヤオシャン：将来的には、3D プリントの材料と技術が相互に促進し、発展していくと信じています。オバマ政権が 3D プリント政策を支持しているというだけでは十分ではありません。政権が材料ゲノム計画を持っていることも確認する必要があります。 2つの計画は並行して実行されます。

材料面では、マルチスケールの数理モデリングやコンピューターシミュレーションなどの新しいデジタル技術を活用して、新材料の迅速な研究開発を実現する必要があります。実際、3D プリントは材料成形の問題を解決します。これまでは、新しい方法を使用して複雑な形状や構造を成形することができました。

しかし、材料が成形された後は、成形性に加えて、耐食性、強度、硬度など、その他の材料性能要件に加えて、エンジニアリング用途に必要な材料特性の問題を解決する必要があります。これにより、新しい材料に対する要件が提示されます。従来のプロセスで作られた製品と同等の性能を実現できる新しい素材があれば、大きな市場価値を持つことになります。

鋳造分野では、3D プリントは非常に複雑な鋳造品を生産できますが、新しい鋳造合金と組み合わせて、鋳造サンプルの性能が従来の鍛造品のレベル以上に達すると、業界に大きな影響を与え、「鍛造ではなく鋳造」を実現することもできます。

鋳造の利点は、複雑な形状の製造に有利な点ですが、性能は鍛造品ほど良くありません。新しい鋳造材料が開発されれば、高級部品の製造が可能になります。

なぜこれまで材料の研究開発を行わなかったのでしょうか?成形技術が未成熟なため、良い材料があっても鋳造で成形することができません。 3D プリント技術は新たな成形技術を提供し、次のステップでは確実に新素材の開発を促進するでしょう。
3Dプリント材料の分野は今後どのように発展していくのでしょうか？種類はたくさんあるのでしょうか、それとも普遍的な種類があるのでしょうか?

ヤオシャン：今後、3Dプリントに適した新しい素材が次々と登場するでしょう。現在、外国の材料は比較的高価であるため、国内の研究者の中にはこの市場や需要に注目し、独自の研究方向と専門知識を組み合わせて、新しい材料、さらには新しい材料システムを開発している人もいます。

樹脂素材を主体とした模型製作を主目的とし、コスト削減を主眼とした分野です。新しい技術や新しい材料の出現によりコストが削減されます。比較的短期間で多くの資料が出てくると思います。チタン粉末やステンレス粉末などの金属粉末もあり、一部の人が作っていますが、需要が少ないため、コストが比較的高くなっています。将来、金属成形技術が成熟すると、この分野のコストも低下します。

現在、原材料価格が高騰している主な理由は、依然として外国の特許と独占です。もうひとつの理由は、私たちの需要が比較的少ないので、自分たちでやる必要がないということです。私の個人的な意見としては、製造業に目を向ければ、3～5年で需要は増加し、コストは確実に下がると思います。

材料分野において、当社はどのような点で弱いのでしょうか?

ヤオシャン：今のところ、樹脂素材は比較的弱いのではないかと感じています。金属粉末の需要は比較的小規模かつ高級であり、国内市場は海外市場とそれほど変わらないはずです。生物応用材料の多くは基礎研究段階にあり、成形の問題だけでなく、生物活性や生体適合性などの課題を解決する必要があり、継続的な探索と研究が必要です。

従来の3Dプリント材料、例えば液体樹脂、樹脂粉末、ナイロン粉末、ワックス粉末などは、現在大きな需要があります。それらの多くは外国によって独占されています。私たちの次のステップは、この分野でさらなる発展を求めることです。

航空宇宙と自動車は最も成熟しており、バイオメディカルは最も人気がある
現在、どの業界がより成熟していますか?これらの業界のモデルは何ですか?

ヤオ・シャン：当社が最初に成功した分野は航空宇宙です。このようなハイエンドかつ複雑な産業用部品に関しては、当社の国内レベルは国際レベルに匹敵するか、それと同程度です。このシステムでは、レベルの差はそれほど大きくなく、いくつかの分野では私たちのほうが彼らよりも優れていることもあります。この分野における3Dプリンティングの応用は、比較的成熟した市場であると言えます。

しかし、航空宇宙製造分野の特性上、従来の方法のプロセスコストも非常に高くなっています。3Dプリント方法を適用すると、従来の方法よりもコストが低く、製造サイクルが短くなる可能性があります。これにより、テクノロジーはより速く開発され、この業界でより効果的に適用できるようになりました。

もう一つの成功している産業は自動車産業です。私の知る限り、3D プリントの市場シェアの 30% 以上は自動車業界が占めています。 3D プリント技術は、新製品や新車種の研究開発に広く使用されています。自動車産業は成熟期に達した。国内の自動車メーカーの中には、海外の手法を学ぶことを検討し始め、3Dプリント技術を導入しているところもある。

実は、この方法は10年以上前にすでに中国の自動車業界で使用されていました。例えば、大連ディーゼルエンジンはこの技術を使って新製品を開発しました。そのため、国内の自動車業界では比較的早くから3Dプリント技術に気づいていましたが、その量はまだ十分ではありませんでした。
自動車業界ではどのように応用されていますか?
ヤオ・シャン：まずはボディデザインです。新しいデザインの自動車で通常の金型一式を作るとなると、コストが非常に高くなります。3Dプリント技術を使えば、試作金型や、ホワイトボディを製造するための金型を置き換える製品を製造できます。スピードも速く、コストも高くありません。

外観だけを考える場合でも、樹脂やその他の材料で出力して、誰もが新しい車の外観を実際に触って、受け入れられるかどうかを判断できるようにします。これはエンジニアリングアプリケーションではなく、外観を見るだけです。このようにして、車のモデルの設計は非常に短時間で非常に低コストで完了できます。新しいエンジンの開発もあり、その多くは鋳造です。鋳造用の鋳型を従来の方法で作ると、コストが非常に高くなります。

3Dプリント技術を利用することで、金型を使わずに新型エンジンの試作が可能になり、サイクルを短縮してコストを削減できます。特にサイクルを短縮することで、メリットはより明らかになります。

3D プリント技術は、生物学分野における実用化にはまだ遠いのでしょうか?

姚山：バイオメディカルの応用は最もホットな分野であり、最も注目されている方向性です。生物学的応用は、歯や骨の修復など、主に個別化されており大量生産には向かないため、材料の強度や硬度の要求に加え、生体適合性などの課題もあり、付加価値の高い分野となっています。それは間違いなく将来的に非常に重要な方向性となるでしょう。

ここには多くの物質的な問題が関わっています。ですので、一部の入れ歯の製作を除いて、まだ社会に広く応用できる段階には至っていないのではないかと個人的には思っています。金属骨格システムとさまざまな生物学的材料を組み合わせて印刷するなど、まだ実用化の段階には至っていない。
企業からの革新的な投資を期待するが、政策的指導は依然として必要
業界は現在どのような問題に直面していますか? 3D プリンティングを実際に生産および実用化するには、どのようなサポートが必要ですか?

ヤオ・シャン：今年は、科学技術部の支援計画や863計画の一部プロジェクトがすでに3Dプリントをサポートしています。遼寧省、江蘇省、山東省の多くの地域では、省レベルから市レベルまで、いくつかのプロジェクト支援または指導政策も存在します。これは政府の意識や政策だけの問題ではなく、企業の熱意が十分に発揮されていないことが主な原因だと私は個人的に考えています。

企業は具体的な用途と効果に注目する必要があります。結局のところ、これは新しい技術です。この技術がいくつかの企業で顕著な成果を達成すれば、それに応じて需要が高まります。企業が初期段階でこれらのことを実行するには、間違いなく多額の投資、高いコスト、リスクが必要になります。政府は、課税、プロジェクト支援、支援政策を利用して、企業が最初にこれを実行できるようにすることができます。一度確立されれば、その後の市場は大きくなり、政府の投資は必要なくなり、この市場は順調に発展するでしょう。したがって、指導は非常に重要です。

私たちの企業のほとんどは追跡型であり、革新的な投資を行うことにあまり積極的ではありません。これを実行する意思があるのは、ほんの一握りの企業、または敏感な企業だけです。しかし、彼らの投資額は高額です。しかし、私たちの企業のほとんどは追随型です。1 つの企業が成功すると、他の多くの企業がそれに追随します。現在は育成・孵化の段階にあると言え、成熟度は比較的高く、何らかの指導政策が必要である。

今では鋳造や設備製造の会社からも連絡が来ています。すでにこの技術が利益をもたらすと信じ、理解している人たちは初期段階にいると言えますが、市場が成熟するにはさらに2、3年かかると考えています。先導する人々が価値を創造し、報酬を獲得すると、大勢の人々がそれに続き、この市場に参入するでしょう。
3D プリンティングと従来の工業製造との関係をどのように見ていますか?

ヤオシャン：新製品開発の観点から見ると、3Dプリント技術には絶対的な利点があります。製品が完成し、量産に入ると、その利点は小さくなります。しかし、必ずしもアプリケーションがないということではありません。例えば、従来の製造方法では、まず金型を作り、その後圧力処理などの方法を使用して成形します。しかし、金型は1個1個の小ロット製品です。金型を作るのに3Dプリントを活用すれば良い応用ができます。 3D プリンティングは従来の技術とうまく統合できるため、従来の製造技術やプロセスフローに変化をもたらします。

3D プリンティングが従来の技術に取って代わる必要があるかのように、3D プリンティングと従来の技術を対比すべきではありません。そうではありません。 3Dプリントの第一歩は、伝統を統合し、いくつかのプロセスや技術を変えることだと私は思います。最終的には、材料技術の発展により、3Dプリントが直接適用されるようになるかもしれません。

さらに、材料や機械のコストが比較的高いため、企業は大量の機器を購入することができません。アメリカには3Dプリンターを150台も持っている義歯会社があると聞きました。この例は、3D プリントをバッチで実行できないことを思い出させますか?これは相対的な概念です。現状は設備コストが高く、セット数も少なく、当面は量産化できない状況です。コストが下がれば大量生産能力の開発も可能になるかもしれない。

出典：科技日報

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