3Dプリント技術はイノベーションと起業のための新たなツールとなっている

2016年のベルリン航空ショーで、エアバスは世界初の3Dプリント航空機「トール」を発表しました。機体の全長は3.9メートル、重さはわずか約21キログラム（46ポンド）で、プロペラや着陸装置など電子部品以外の部分はナイロン製。 3Dプリント技術を航空機製造に応用することで、燃料を節約し、通常の航空機製造で発生する廃棄物を削減し、環境保護の目標を達成することができます。 3Dプリント技術は20年以上の発展を経て、航空宇宙、建設、医療などの分野に進出し、コスト削減、省エネ、革新的な製造に大きな役割を果たしており、その応用範囲は今後さらに広がるでしょう。

付加製造技術は、1980 年代後半に開発された新しい製造技術です。付加製造技術は、過去には「材料付加製造」「ラピッドプロトタイピング」「レイヤード製造」「ソリッドフリー製造」「3Dプリンティング技術」などとも呼ばれてきました。一般的に、3D CAD 設計データに基づいて材料 (液体、粉末、ワイヤ、ブロックなど) を自動的に固体構造に蓄積する製造方法は、すべて積層造形技術と言えます。旋削、フライス加工、平削り、研削に代表される減算的製造技術や、鋳造、鍛造、溶接に代表される付加製造技術と比較すると、開発時間は短いものの、大きな可能性を秘めています。従来の製造技術が原理的に構造の複雑さによって制限される問題を解決し、材料のミクロ構造からマクロ構造まで制御可能な製造を実現し、「設計-材料-製造」の統合に向けた製造技術の発展をリードします。
積層造形の技術的特徴は、従来の工具、固定具、複数の加工工程を必要としないことです。3次元設計データを使用して、単一の装置であらゆる複雑な形状の部品を迅速かつ正確に製造できるため、「自由な製造」が実現し、従来は製造が困難であった多くの複雑な構造部品の成形問題を解決します。また、加工工程を効果的に削減し、加工サイクルを短縮します。その利点は次のとおりです。

① 複雑な構造物の高速製造に適しており、従来の製造技術では加工が困難であった複雑な構造物（自由曲面ブレード、複雑な内部流路など）や、加工不可能であった複雑な構造物（3次元グリッド構造、内部中空構造など）を製造することができます。航空宇宙、自動車・金型、バイオメディカルなどの分野で幅広い応用が期待されています。

② 従来の大規模・バッチ生産では、多くのプロセス技術準備と、工具、設備、切削工具などの大量の製造リソースが必要です。積層造形技術は、迅速な生産と柔軟性に大きな利点があり、ジュエリー、人体臓器、文化創意などのパーソナライズされた製品のカスタマイズ生産と小ロット生産に適しています。パーソナライズ、カスタマイズ生産、革新的なデザインの製造コストを大幅に削減できます。

③高付加価値製品の製造に適しています。現在、積層造形技術は主に航空宇宙、バイオ医薬品などの高付加価値製品の大量生産前の研究開発、設計検証、パーソナライズ製造に使用されています。

世界の技術大国や新興国は、将来のテクノロジー産業の主導権を握るために、将来の産業発展の新たな成長点として積層造形技術を育成し、支援しています。 2012年、米国は「製造業の活性化」戦略を提唱し、最初の開始プロジェクトとして付加製造を掲げ、国立付加製造研究所（NAMII）を設立しました。米国政府は、国内製造業の発展のための最重要戦略課題として、付加製造技術を支援しています。 EU諸国は、産業や国全体の発展における付加製造技術の重要な役割と大きな可能性を認識し、支援を強化しています。ドイツ政府は、「ハイテク戦略2020」や「インダストリー4.0」などのプログラム文書において、レーザー積層造形を含む新世代の革新的技術の研究開発と革新を明確に支援しています。

オーストラリア政府は、最終顧客主導の共同研究を促進するために、付加製造共同研究センターの設立を推進してきました。シンガポール政府は2013年度予算で、付加製造技術の開発に5億ドルを割り当てると発表した。日本政府は2014年度予算で40億円を計上し、経済産業省が積層造形技術を中心としたものづくり革命計画を策定し、実行した。 2014 年 6 月、韓国政府は付加製造産業開発委員会の設立を発表し、韓国を付加製造のリーダーとして位置付けることを目的としたマスタープランを承認しました。付加製造技術の発展は、世界における新たな技術・産業競争を推進しています。

2013年に米国のマッキンゼーコンサルティングが発表した「Outlook 2025」レポートでは、将来の経済を決定づける12の破壊的技術の1つとして積層造形技術が挙げられた。付加製造技術は、材料、レーザー、情報、プロセス、設備、アプリケーションの相互統合を通じて製造プロセスの制約を打ち破り、インテリジェンス、カスタマイズ、サービスの方向に拡大し、従来の製造技術では解決できない複雑な構造の迅速な製造の問題を解決します。付加製造技術は、航空宇宙、バイオメディカル、自動車、家電、文化創造などの分野で巨大な発展の余地があり、製造技術に革命的な変化をもたらし、イノベーションと起業家精神の鋭いツールとなるでしょう。

付加製造技術は、我が国の製造業の発展と向上に歴史的な機会をもたらします。改革開放から30年を経て、わが国は主要な製造国となりました。しかし、製造業の生産能力過剰と製品の革新・開発能力の深刻な欠如が、我が国の製造業の発展を制限するボトルネックとなっている。イノベーションと起業家精神を促進することが私たちの将来の中核的な課題であり、付加製造技術はイノベーションと起業家精神のための巨大な空間を切り開くことになります。

付加製造技術はイノベーションのための巨大な空間を切り開きます。 3D プリントは、複雑な形状や構造、多品種、小ロットの製造に適しており、従来の技術の制約から設計を解放し、革新的な設計のための巨大なスペースを解放すると同時に、新製品の研究開発のスピードを向上させます。付加製造技術は起業家に無限のビジネスチャンスを提供します。付加製造は分散型製造の新しいモデルをもたらし、ネットワークプラットフォームを通じて、パーソナライズされた注文、メーカーの設計、製造設備を実現できます。この生産モデルは、社会資源の利用を効果的に最大化し、国家の起業家精神に技術的サポートを提供することができます。

学際研究の革新的発展を推進し、マイクロ冶金実験プラットフォームを開発し、それを材料遺伝子研究に応用し、新しい合金材料を創製します。細胞印刷、組織工学、遺伝子印刷などの手段を通じて臓器再生を開発します。幹細胞テストベンチを構築することで、幹細胞誘導実験を迅速かつ効率的に実施し、生命科学の飛躍的な発展を実現できます。付加製造技術は、我が国の製造業の発展と向上にも大きなチャンスをもたらします。わが国の製造業の発展のボトルネックとなっているのは、製造生産能力の過剰供給と製品開発能力の深刻な不足です。さまざまな分野での付加製造の応用を促進することは、ハイテクサービス産業を発展させ、製造構造を調整し、製造業の大規模化から強力化への転換を促進するための重要な手段です。

近年、積層造形技術は基礎研究、主要技術、産業発展の面で急速な発展を遂げています。基礎研究の面では、新しいプロセス、新しい原理、新しい材料、新しいアプリケーションが次々と登場しています。4Dプリント、宇宙3Dプリント、電子3Dプリント、細胞3Dプリント、食品3Dプリント、建築プリントなどの新しい概念が次々と登場し、伝統的な製造業から社会のあらゆる分野へと発展しています。 2014年、世界の積層造形装置およびサービスは35.2%成長し、その中でデスクトップ3Dプリンターは92.5%の成長率で急速な成長を維持しました。付加製造技術は、工業製品から消費者向け製品まで急速な成長の勢いを見せています。インターネットによる大衆イノベーション産業モデルの原型が誕生した。新しい材料と新しいプロセスは、積層造形技術が活発に発展し続けるための中核的な原動力です。積層造形技術の発展に伴い、使用される材料は当初の液状感光性樹脂から多種多様なエンジニアリングプラスチックや金属粉末材料へと拡大し、徐々に成熟して実用化されてきています。付加製造技術の開発は、力学、材料、物理学、機械工学などの学際的な分野を巻き込んだエネルギー、材料、およびそれらの相互作用の革新に依存しています。将来的には、金属材料、非金属材料、生体材料などのシステムに基づく付加製造プロセス技術と装置が開発と応用の主な方向となるでしょう。

PEEK素材で作られたカスタマイズされた頭蓋骨代替品わが国の3Dプリント技術は、欧米よりわずか3〜5年遅れて始まりました。中国には国際的に先進的なレベルの研究チームがいくつかあり、20年以上にわたって3Dプリントの研究に取り組んでいます。わが国の3Dプリント技術の中でも、高性能大型金属レーザー直接製造技術は世界をリードするレベルにあり、関連技術は新型航空機の開発に応用され、わが国の航空機開発速度を大幅に向上させました。我が国は、世界に先駆けて、大型レーザー選択焼結・選択溶融装置にマルチビームスキャン技術を採用し、目覚ましい進歩を遂げてきました。当社は、カスタマイズされた骨代替物を製造し、臨床現場に適用した最初の企業であり、生物組織の製造と医療への応用において国際的に最前線に立っています。工業化の面では、わが国の付加製造関連企業は近年急速に発展しており、2014年には付加製造設備の所有率はドイツを上回り、9.2%で第3位となり、設備生産量は米国に次ぐ第2位となった。しかし、国全体のレベルから見ると、イノベーション能力、産業チェーンの構築、資本投資、人材育成、社会普及の面で先進国とはまだ大きな差があります。今後は、付加製造技術への投資を継続的に増やし、付加製造技術サービスを通じて我が国の製造業の変革を推進し、我が国が「製造大国」から「創造大国」へと変革することを支援することが必要です。

ソース 3D 金属印刷パウダーの詳細な読み物:
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