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科学技術革命と産業変革の新たな局面における代表的かつ破壊的技術として、3Dプリンティング（学術的には「付加製造」と呼ばれる）の開発は世界各国から注目を集めています。米国政府は、世界の3Dプリンティングの主な推進者として、2012年に3Dプリンティングイノベーションセンターを設立して以来、多くの取り組みを実施し、米国における3Dプリンティング技術と関連産業の発展を促進してきました。 2016年2月、米国は「国家製造業イノベーションネットワークプログラム：戦略計画」と「国家製造業イノベーションネットワークプログラム：年次報告書」を発表しました。この記事では、3D プリンティング イノベーション センターが過去 3 年間に達成した成果に焦点を当てます。 3Dプリンティングイノベーションセンターの設立における米国の経験と教訓を参考にし、学ぶことは、我が国の国家製造イノベーションセンターの設立にとって大きな意義を持つでしょう。
1. アメリカ製造業イノベーションネットワークの戦略計画
2016 年 2 月、米国商務長官プリツカー氏、大統領府、国家科学技術会議、先進製造業国家プログラム局は共同で、プログラムの戦略目標を列挙した「国家製造業イノベーション ネットワーク プログラム: 戦略計画」を議会に提出しました。一般的には、人、創造性、テクノロジーを結び付けて、アメリカの産業に関連する先進的な製造業が直面する課題に対応し、それによって産業競争力を高め、経済成長を促進し、国家安全保障を強化し、先進的な製造業で世界をリードするアメリカのビジョンを実現することです。具体的には、競争力の強化、技術移転の促進、製造労働の加速、安定した持続可能なインフラの確保など、4つの側面に分けられます。
まず、アメリカの製造業の競争力を強化します。先進的な製造研究、革新、技術開発と導入におけるアメリカのリーダーシップを育成することで、米国で生産される商品の量を増やし、国内製造業の競争力を高めることができます。この主要目標を達成することで、米国の製造業者が国内および世界市場で商品を販売する能力が強化されます。 2 つのサブ目標は、米国内でより多くの国産製品の生産を支援することと、先進的な製造研究、イノベーション、テクノロジーにおける米国のリーダーシップを育成することです。
第二に、革新的な技術を、拡張可能で経済的かつ高性能な現地製造能力へと変革することを推進します。この戦略計画により、スケーラブルで経済的、かつ高性能な製造業における新興技術の導入の間のギャップが埋められ、地元の製造業者は技術的、経済的障壁を克服できるようになります。この目標の全体的な意図は、十分なリソースを備えたイノベーション エコシステムを確立し、産業市場に重点を置くことで、革新的な成果の開発に対する障害を軽減することです。製造イノベーション施設は、高度な製造技術の複雑さによって生じる障壁を業界が克服するのに役立ちます。 3 つのサブ目標は、米国の製造業者が実績のある製造能力と資本集約型インフラストラクチャを利用できるようにすること、先進的な製造の課題を解決するためのベスト プラクティスの共有と文書化を促進すること、そして米国の先進的な製造をサポートする標準とサービスの開発を促進することです。
再度、高度な製造業の労働力の育成を加速します。健全な製造環境には、労働力の育成、有望な雇用機会、そしてアメリカ人労働者の賃金を上げる経済的機会が含まれます。この目標は、戦略計画によって技術者、高度なスキルを持つ生産労働者、製造エンジニア、科学者、研究室職員などの高度な製造労働力の育成をどのように加速するかを特定します。 5 つのサブ目標は、科学、技術、工学、数学関連分野で将来の労働者を育成すること、関連する中等教育および高等教育の道筋をサポート、拡大、伝達すること、認定や認証を含む州および地方の教育およびトレーニング カリキュラム システムと高度な製造スキル セット要件の調整をサポートすること、高度な知識労働者 (研究者およびエンジニア)、および次世代の労働者に必要な能力を特定することです。
最後に、サポートにより、製造業のイノベーション機関は安定した持続可能なビジネス モデルを開発できるようになります。実行可能で持続可能な米国のイノベーション エコシステムを最大限にサポートするには、各機関が、そのメンバーに具体的な利益をもたらす持続可能なビジネス モデルを開発する必要があります。機関は、当初の連邦政府の支援から独立して存在するために、会員やその他のソースから十分な支援を受ける必要があります。つまり、機関の技術分野に重点を置く業界、学界、政府の顧客やパートナーの健全なエコシステムを構築する必要があります。この目標の達成に向けて協力し合うことによってのみ、機関は国家レベルで広範な利益をもたらす安定した持続可能なネットワークを構築することができます。
2. アメリカ3Dプリンティングセンター年次報告書
1. 全体的な開発状況<br /> 関係部門が「国家製造業イノベーションネットワーク計画：戦略計画」を議会に提出した際、同時に第1回「国家製造業イノベーションネットワーク計画：年次報告書」も提出され、戦略計画の実施状況を詳細に紹介した。戦略計画の実施から3年以上が経ち、合計7つの国家製造イノベーションセンターが設立されました。最も早く設立されたイノベーションセンターである3Dプリンティングイノベーションセンターが、年次報告書の焦点となっています。
オバマ大統領は、米国史上初めて、自主的なイノベーションの促進を国家政策とした大統領です。就任以来、米国におけるイノベーションの加速と先進的な製造業の発展を促進するため、国家戦略レベルでの施策を提案する一連の計画や政策を策定・発表してきました。 2012 年 2 月、米国国立科学技術会議は「先進製造業に関する国家戦略計画」を発表し、先進製造業を正式に国家戦略に昇格しました。 1か月後、オバマ大統領は10億ドルを投資して国家製造業革新ネットワーク（NNMI）計画を実施し、製造分野で幅広い応用価値を持つ15の最先端かつ将来を見据えた製造技術を選定し、米国製造業の競争力を総合的に強化するための製造業革新センターを設立すると発表しました。同年 4 月、3D プリンティングが最初の製造イノベーション センターとして認定され、8 月にはオハイオ州ヤングスタウンの小さな町に「国立付加製造イノベーション研究所」(NAMII) が開設され、10 月には非営利団体の国立防衛製造機械加工センター (NCDMM) の主導でイノベーション センターが正式に運用を開始しました。このセンターには 1 億 1,000 万ドルの資金が提供され、そのうち 5,500 万ドルは連邦政府 (米国エネルギー省から 1,000 万ドル、商務省国立標準技術研究所、国立科学財団、NASA から 500 万ドル) から、残りの 5,500 万ドルは非政府組織 (5 年間にわたる投資計画) から提供されます。
2. 3D プリント エコシステムを構築する<br /> 3 年以上の開発期間を経て、米国 3D プリンティング イノベーション センターは、エコシステム内のさまざまな要素を統合しただけでなく、持続可能なエコシステムを実現するためのプロセスも確立しました (図 1 を参照)。これらのプロセスは、業界、学界、政府、その他の組織などの参加する利害関係者に利益をもたらし、それによって彼らがセンターの活動に継続的に参加する動機となり、新しい組織がエコシステムに参加して投資するよう促します。
図 1. 米国 3D プリンティング イノベーション センターのエコロジカル フローチャート。科学技術開発部門は、3D プリンティング イノベーション センターのメンバーと関連政府機関 (米国商務省、国防総省、エネルギー省、NASA、国立科学財団など) で構成されています。テクノロジー ロードマップ ワークショップを実施して、3D プリントの研究開発ニーズに優先順位を付けます。 3D プリンティング イノベーション センターは、メンバーと協力してチームを構築し、投資を行い、研究開発材料を管理し、データを共有し、知的財産の取得を加速します。メンバーは統合プロジェクトチームを結成し、研究の実施、サプライチェーンの構築、技術の製品化の実現に取り組みます。これにより、米国製造業の競争力が強化され、米国産業が製造業で優位に立つことが促進されます。これは、科学技術、経済、防衛における優位性の前提条件です。同時に、労働力教育セクションは、3D プリンティング イノベーション センターと関連政府機関 (米国商務省、教育省、労働省) のメンバーで構成され、労働力トレーニングの優先順位を確立します。 3D プリンティング イノベーション センターとそのメンバーは協力して、必要な職務スキルを特定し、それらのニーズに合った関連コースを開発するための人材開発プログラムのロードマップを作成しました。センターのメンバーが提供するこれらのコースでは、3D プリント業界の専門スキルを持つ従業員が育成されています。
3. 技術の進歩
3D プリンティング イノベーション センターは、高度な 3D プリンティング テクノロジーに関する産業主導の戦略ロードマップの構築を主導しています。この戦略は、アメリカの技術的リーダーシップを支える主要技術の競争力、および関連するギャップと機会に焦点を当てることを強調しています。これには、設計ツールの構築、新しい材料の開発、次世代のマルチマテリアル印刷装置の作成、製造のばらつきを減らす高度なプロセス制御が含まれます。こうした技術の進歩を実現するために、統合されたプロジェクト チームを頻繁に構築することで、業界のサプライ チェーンが形成されます。これらには、技術開発者、材料および部品サプライヤー、機器メーカー、大規模なシステム インテグレーターが含まれます。統合プロジェクト チームは、プロジェクト技術開発の初期段階から、実際のアプリケーションと市場機会に直面するプロジェクトの終了まで、強力なビジネス関係を構築します。このチーム構造により、テクノロジーを製品に変換するプロセス中に、サプライ チェーンのあらゆるレベルのすべてのユニットのニーズを理解できるようになります。良い例は、ノースロップ・グラマン社とそのパートナーである小型部品メーカーのオックスフォード・パフォーマンス・マテリアルズ社が主導する、航空宇宙機に使用するための高性能ポリマー材料の開発作業です。このプロジェクトは、初めて広く適用可能な任意のポリマー 3D 材料設計データベースの開発と普及に成功し、その中核となる設計ガイドラインを業界と共有し、原材料のリサイクル機能を実証して、生産コストを大幅に削減しました。 3Dプリンティングイノベーションセンターは、31の産業主導型研究開発プロジェクトを立ち上げました。他のチャネルからの3Dプリンティングプロジェクトを加えると、合計58になります。
4. 人材育成
3Dプリンティングイノベーションセンター（以下、「センター」という）は、他の機関と協力して多くの労働研修活動を共同で開発および組織し、デロイトコンサルティングと共同で3Dプリンティングビジネスに関する3時間のオンライン基礎研修を実施しました。現在、1万人以上が参加しています。同センターは、ミルウォーキー工学社会学部の製造エンジニアと連携した初の 3D プリントおよび積層造形トレーニング プログラムも開始しました。 2015 年半ば現在、同大学は 150 件を超える専門資格を授与しています。同センターは業界と提携し、科学、技術、工学、数学（STEM）教育プログラムを支援するため、1,000校の中等学校に3Dプリンターを寄贈している。 3D プリンティング イノベーション センターは、将来の 3D プリンティング人材に必要な教育およびトレーニング プログラムを開発するためのロードマップの開発を継続的に推進しています。
5. 持続可能な開発
3D プリンティング イノベーション センターのエコシステムは非常にうまく発展しました。その証拠の一つとして、イノベーションセンターの会員数の増加、関連分野への会員の拡大、イノベーションセンターが提供するサービスの質の向上が挙げられます。現在、イノベーション センターには 179 の加盟ユニットがあり、年間成長率は 40% です。そのうち、政府パートナーは 9 社、プラチナ メンバーは 19 社、ゴールド メンバーは 53 社、プラチナ メンバーは 98 社です。米国の 3D プリンティング業界チェーン全体にわたる大手大企業、中小企業、大学、経済開発組織、国立研究所、政府機関をカバーしています。これらの会員はイノベーション センターに年間料金を支払います。プラチナ会員の場合は 200,000 ドル、ゴールド会員の場合は 50,000 ドル、シルバー会員の場合は 15,000 ドルです。
中小企業は、3D プリンティング イノベーション センターの会員になることで大きなメリットを得ることができます。イノベーションセンターは、中小企業のイノベーション活動と大企業のニーズを結びつけるチャネルを構築します。たとえば、オハイオ州エイボンレイクの中小企業は、イノベーション センターの他のメンバーと協力することで、ハイテク サプライ チェーンへの参入を可能にする重要な AS9100C 認証を取得しました。同社は、ロッキード・マーティン、ノースロップ・グラマン、ゼネラル・アビエーション、ボーイングなど、いくつかの大手企業に製品を供給しています。小規模企業オプトメックが率いるプロジェクトチームは、設計モジュールを組み込むことでハイブリッド印刷システム（付加製造と減算製造の両方が可能）を開発しました。これにより、あらゆる CNC 工作機械を変換し、3D プリント機能を備えるようにアップグレードできます。このプロジェクトの開発が成功したことにより、機器ショップは従来の機器に 3D プリント機能を組み込むことができ、新しいシステムを購入する場合と比べてコストを 40% 削減できました。 Steelville Manufacturing は 3D プリント ツールを市場に提供しており、ボーイングの航空部品サプライヤーとなっています。同社は、3Dプリンティングイノベーションセンター初の技術開発プロジェクトである、ミズーリ科学技術大学が主導する「熱溶解積層法に基づく複雑な複合金型の準備のためのスパース関数モデリング」プロジェクトのおかげで市場参入を果たしました。現在、約 50 社の中小企業がイノベーション センターに加盟しており、これらの中小企業の年間定着率は 88% にも達しています。
3D プリンティング イノベーション センターの国家的性格と、3D プリンティング製造技術の開発を促進する役割を認識し、関係する連邦政府機関は、イノベーション センターと協力して、戦略ロードマップで必要な技術と研究開発作業に取り組み始めました。関連するプロジェクト情報が共有ディレクトリに追加されてデータ プールが形成され、重要な技術目標を達成するためにさまざまな公共および民間の関連ユニットに提供されます。
6. イノベーションエコシステムの構築<br /> イノベーション センターのメンバーは、センターのエコシステムのイノベーションと運営に重要な役割を果たす人材を提供することで、直接的な貢献の重要性を実証してきました。たとえば、レイセオンは、ロードマップ諮問委員会の委員長および 3D プリンティング イノベーション実行委員会のメンバーとして、イノベーション センターで半分の時間を勤務する 3D プリンティングの専門家を派遣しています。アメリカ機械学会は、3D プリンティング イノベーション センターの労働力教育およびアウトリーチ効果部門に上級専門家を派遣しました。デロイト コンサルティングは、イノベーション センターによる技術商業化プロセスの開発とイノベーション センターの経済的影響の評価を支援するために、従業員を派遣しました。
イノベーションセンターは民間企業への投資においても大きな進歩を遂げています。アルコアはニュージャージー州に研究開発センターを建設するために6000万ポンドを投資した。これには、原材料の供給、プロセス、製品の設計、テスト、認証に重点を置いた最先端の 3D プリント センターが含まれます。この投資により、先進的で主流の 3D プリント用金属粉末の開発が促進されます。ゼネラル・エレクトリックは、ビスバラに最先端の3Dプリント工場を建設するために3,200万ポンドを投資した。このセンターは、各事業部門が3Dプリントやその他の革新的な技術を開発できるよう支援します。国内レベルでは、いくつかの大企業メンバーが、社内の研究開発投資を 3D プリンティング イノベーション センターの技術投資ロードマップと整合させると述べています。 2015 年、イノベーション センターはテキサス大学にサテライト サイトを開設し、イノベーション センターが完全に機能するようになりました。これらには、技術開発、技術移転、労働力の教育と訓練が含まれます。
3. 米国の3Dプリント技術ロードマップ
「Made in America」センターは、全国規模のネットワーク化された 3D プリント アライアンスを構築すると同時に、技術開発ロードマップも開発しました。技術ロードマップは、「設計」、「材料」、「プロセス設備」、「試験・認証」、「知識開発」の5つのセクションに分かれています。各リンクには 4 ～ 7 つの主要な開発方向があり、2013 年から 2017 年の間に対象を絞ったプロジェクト レイアウトと段階的なブレークスルーが実施されます。このロードマップに基づき、センターは過去 3 年間に 3 回に分けて 31 のプロジェクトの計画を実施しました。第 3 回プロジェクトの一覧は付録 1 に示されています。現在、第 4 回目のプロジェクトの収集が進行中です。
しかし、3D プリンティング技術のロードマップは、2015 年 9 月に公式 Web サイトでロードマップの公開バージョンが公開されるまで、一般には公開されていませんでした (図 2 を参照)。元の設計と比較すると、新しいバージョンのテクノロジー ロードマップではフレームワークにいくつかの調整が加えられていることがわかります。元の 5 つのセクションのうち「テストと認証」と「知識開発」は調整され、「バリュー チェーン」と「付加製造ゲノム」の新しいバージョンになりました。各サブセクションでは、技術成熟度のレベルに応じて、2014 年から 2018 年の間に実行される 3 ～ 5 つの主要タスクを計画しています。センターでは、各サブセクションごとに、計画されたプロジェクトを補完する第 2 レベルの 3D 印刷技術ロードマップも開発しました。
図2 米国の3Dプリント技術ロードマップ
1. デザインサブフォーラム<br /> 設計サブセクションの技術ロードマップ (図 3) は、新しい革新的な非専門的な設計方法とツールを通じて、高度な技術の進歩を促進することを目的としています。これにより、設計文化が変化し、鋳造や機械加工部品などの従来の設計モデルプロセスが破壊されます。現在の製品設計方法は、機械加工、鋳造、成形、複合材料の積層などの従来の製造プロセスから最適化されており、3Dプリントの設計の自由度を十分に実現できず、その利点を反映することができません。したがって、この技術の利点を十分に活用するには、3D プリント部品の新しい設計方法を見つける必要があります。このセクションのボトルネックを解決するアイデアは、CAD、CAM、CAE、PLM などの従来の製造プロセスで使用される専門的な設計ツールによる制約を回避することです。重点は、新製品や新プロセスの共通設計方法の開発に置かれ、中小企業や大企業が 3D プリント技術を導入し、効率的に使用してサプライ チェーン全体で迅速なイノベーションを実現できるようにします。
具体的な技術ロードマップは、バイオニック設計と製造、コストとエネルギー消費要因の分析とモデリング、製品とプロセスの設計支援と手順という 3 つのサブ方向に分かれています。関連する影響の分析指標には、複雑性の増大、3D 機能勾配材料、複数の材料の統合、モデルベースの検出、製品のパーソナライズとカスタマイズが含まれます。
図3. 米国3Dプリンティング設計部門の技術ロードマップ2. 材料サブセクター<br /> 材料サブセクションの技術ロードマップ（図4）は、標準的な3Dプリント性能特性データの知識システムを構築し、最終的な材料特性の変化の可能性を排除して、高度な技術の進歩を促進することを目的としています。現在の 3D 印刷プロセスと製品のパフォーマンスはアドホックな方法で特徴付けられているため、一貫性がなく不完全なデータ パッケージが発生し、製品のパフォーマンスに大きな変動とばらつきが生じます。したがって、原材料の性能の変動を減らすために、関連する技術データを標準化する必要があります。同時に、設計された材料の微細構造を完全に実現し、完成した材料の性能の変動を減らすために、3D 印刷プロセスの物理的な制御をより適切に達成するために、より厳格なプロセス方法と操作ガイドラインを確立する必要があります。このセクションのボトルネックを解決するアイデアは、プロセスパラメータと最終的な微細構造の制御から、3D印刷プロセスの微細レベルでの基本的な物理プロセスの制御に移行し、一貫性と再現性のある微細構造を得て、初期設計の期待されるパフォーマンスを達成することです。
具体的な技術ロードマップは、「非」特定の 3D 印刷技術データ パッケージ、材料性能特性、次世代材料の 3 つのサブ方向に分かれています。関連する影響の分析指標には、原材料の標準化、ベンチマーク材料性能データ、プロセス-特性-構造の関係、プロセスウィンドウ境界の決定、後処理プロセスのガイドラインと仕様が含まれます。
図4. 米国3Dプリント材料分野の技術ロードマップ3. プロセスサブセクター<br /> プロセスサブセグメントの技術ロードマップ（図 5 を参照）は、より高速で、より高精度で、より高解像度の 3D 印刷装置を構築して大量生産を実現し、「製造時」部品の品質を向上させ、それによって高度な技術の進歩を促進することを目的としています。現在の 3D プリント プロセス機能の限界により、コスト効率の高い条件下で多くの部品を大量生産することは不可能であり、従来の製造生産方法では部品の性能基準を達成するには二次的な後処理が必要になることがよくあります。したがって、3D プリンティングを主にラピッドプロトタイピングに使用される技術から生産技術へと変換するには、多くの「マシンレベル」の技術を改善する必要があります。このトラックでは、「マシンレベル」のプロセスパフォーマンスの改善に必要な主要なテクノロジーと関連サブシステムに焦点を当てます。材料の堆積、溶融/焼結/押し出し、凝固プロセスを加速および最適化し、これらのプロセスを物理的に制御してプロセス機能を向上させるためのさまざまなテクノロジーを開発します。
具体的な技術ロードマップは、マルチマテリアル輸送および堆積システム、次世代装置、プロセス温度勾配制御の 3 つのサブ方向に分かれています。関連する分析指標には、処理速度、精度、詳細表現性能、表面品質、最大コンポーネント サイズなどがあります。
図5. 米国の3Dプリンティングプロセス部門の技術ロードマップ4. バリューチェーンサブセクター
バリューチェーンサブセクションの技術ロードマップ（図6参照）は、段階的に市場に投入される3Dプリント製造製品のエンドツーエンドのバリューチェーンのコストと時間を改善し、高度な技術の進歩を促進することを目的としています。現在の 3D プリンティング技術の開発は、バリュー チェーンと製品ライフサイクルの個々の要素のみを対象としており、コストを削減しサイクルを短縮するための全体的かつシステム統合的なアプローチは採用されておらず、セグメント化された開発アプローチが採用されています。したがって、3D プリント製造バリュー チェーンと製品ライフサイクルのすべての要素をより適切に統合するために、一連の実現技術を開発する必要があります。さらに、より複雑な 3 次元勾配材料やマルチマテリアル コンポーネントの開発、設計、テストでは、新たなボトルネックが発生することを認識することが重要です。したがって、この分野の焦点は、ライフサイクルとバリューチェーン全体にわたってコスト効率の高い 3D プリント製造技術を開発および統合し、3D プリント部品の総コストを削減し、市場投入までの時間を短縮することにあります。迅速なテスト/認証方法が開発されるほか、材料や製品のリサイクルや再利用を含む、製品の「ゆりかごからゆりかごまで」のライフサイクル全体にわたる統合技術に重点を置いた総合的な視点も開発されます。さらに、この分野は、単一の統合デジタル スレッドを構築するための国防総省の製造技術 (ManTech) プログラム、先進製造企業 (AME) 投資ストリームにおける主要な焦点として特定されています。必要な労働力のスキルとそれを実現するツールを特定し、生産性を向上させる設計アシスタントやアプリなどの新しい革新的な迅速な設計およびテスト技術の必要性を明確にします。
具体的な技術ロードマップは、高度な認識および検出方法、デジタルライン統合、インテリジェント機器制御方法、迅速な検出技術、修復技術、標準/チャート/プロトコルの6つのサブ方向に分かれています。関連する影響の分析指標には、プロセスコスト、原材料コスト、品質管理コスト、労働者の生産性コスト、エネルギー効率コストが含まれます。
図 6. 米国の 3D プリンティング バリュー チェーンの技術ロードマップ5. ゲノム サブセクター<br /> ゲノムサブセクションの技術ロードマップ（図7参照）は、3Dプリントの設計、開発、新材料認証にかかるコストと時間を段階的に大幅に削減し、先端技術の進歩を促進することを目的としています。現在の材料開発、特性評価、認定の方法は、主に経験的であり、特性ごとに線形になっています。その結果、新しい 3D プリント材料とプロセスの開発と特定に一定のコスト、時間、リスクが発生し、大規模な技術の推進と実装が妨げられます。したがって、材料ゲノム方式で製品とプロセスの並行開発を実行し、新材料の発見、開発、認定を根本的に促進し、コストを削減し、サイクルを短縮するための新しい計算ベースのパラダイムを開発する必要があります。このセクションの焦点は、米国で以前に開始された「マテリアルゲノムプロジェクト」を再現することであり、これにより、新しい 3D プリント材料の開発と特定にかかる時間とコストが半分に削減されます。したがって、物理学ベースおよびモデル支援による材料特性予測ツールなどの新しい革新的な計算方法が開発され、コンピューター予測を検証するために必要な共通のベンチマーク データが開発され、材料特性特性評価に関する新しい革新的なアイデアが開発され、「あらゆる」新しい 3D プリント材料とプロセスの組み合わせの開発設計プロセスにおける障壁が打破されます。
具体的な技術ロードマップは、標準テスト検証ユースケース、モデル支援によるパフォーマンス予測、物理ベースのモデリングとシミュレーションの 3 つのサブ方向に分かれています。関連する影響の分析指標には、コンピューター支援材料開発、モジュール式オープンシミュレーションアーキテクチャ、オープンで透明な材料性能データへのアクセス、マルチスケールのデータ管理と共有、効率的な材料性能特性評価方法が含まれます。
図7. 米国の3Dプリントゲノム技術ロードマップ
4. 世界の3D産業の発展
1.技術成熟度開発進捗状況<br /> 世界的に有名な情報技術の研究・分析機関であるガートナーは、最新の新興技術ハイプサイクルレポートで、112の分野における2,000以上の新興技術の市場タイプ、成熟度、商用化、将来の発展を評価しました。 2015年の新興技術の発展のテーマは「デジタルビジネス」であり、「力の結びつき」が出現し始めています。つまり、モバイル、クラウド、ソーシャル、ビッグデータの相互接続と組み合わせが巨大な力を形成し、巨大な新しいビジネスチャンスを生み出すでしょう。これを踏まえ、大きな可能性を秘めた新技術37件が提案され、そのうち17件は萌芽段階、11件は期待拡大段階、7件はバブル底段階、2件は着実に上昇段階にある。これらの新しいテクノロジーは、後期の3つの段階、すなわち「デジタル市場」、「デジタルビジネス」、「自己組織化」における「力の集約」の発展をサポートします。
3Dプリンティングに関しては、この技術はデジタル化のトレンドに沿って、企業の「デジタルビジネス」へと進化しています。 2015 年のテクノロジー ハイプ サイクル チャート (図 8 を参照) には、3 つの特定のテクノロジーがリストに含まれていました。 2014年と比較すると、各種技術のステージ位置はそれほど変わっていません。その中で、「臓器移植のための3Dバイオプリンティング」はまだ初期段階にあります。主な理由は、比較的初期の研究段階にあり、大きな進歩が見られないからです。 「エンタープライズ 3D プリンティング」は楽観的であり、この技術は安定した成長の明るい時期を継続しており、図の中で実際の生産に最も近い技術になります。 「顧客レベルの3Dプリンティング」は引き続きバブルの谷間期に入り、着実な上昇期に向かっています。 2015 年に最終候補に残った 2 つの技術、「3D バイオプリンティング システム」と「3D スキャナー」が時代遅れであることは注目に値します。これは、曲線外のテクノロジーが重要ではないことを意味するのではなく、もはや「出現」していないものが徐々に人々の生活に統合されていることを意味します。
3D印刷サブテクノロジーの場合、リストのテクノロジーの数は2015年に23に増加し、2014年と比較して7の増加です（図8を参照）。まず、胚段階のテクノロジーには9つのアイテムが含まれます。その中で、2つの新しいテクノロジーが最終候補になりました。つまり、「消費者製品の3D印刷」と「3D印刷支援股関節/膝移植」です。 2014年に最終候補になった「3Dバイオプリンティングシステム」は、「ライフサイエンスの研究開発のための3Dバイオプリンティング」および「臓器移植用の3Dバイオプリンティングシステム」に分類されました。 5つの既存のテクノロジー、「知的財産保護（3D印刷）」、「大規模な3Dプリント」、「教育3D印刷」、「オイルアンドガス開発3Dプリント」は、この段階でまだ3つのテクノロジー拡張段階で拡大段階で拡大しています。わずかに、バブルボトムステージには新しいエントリがあります。 d印刷サービス代理店」、「3D印刷ソフトウェア開発」、「エンタープライズ3D印刷」は、わずかな進歩を遂げています。最後に、新しく最終候補の「3D印刷聴覚装置」と既存の「3D印刷サンプルプロトタイプ」を含む2つの成熟したテクノロジーがあります。
全体として、さまざまなサブセクターの3Dテクノロジーが着実に進んでいます。リストの新しいテクノロジーは、3Dバイオプリンティングセグメントと生物医学分野での3D印刷の適用によってほぼ独占されており、個別化医療における3D印刷の利点を示しています。
図8。Gartnerの3D印刷テクノロジーの誇大広告サイクル異なるセグメント2。業界全体の状況
3D印刷業界の有名なコンサルティング会社であるWohlers Associatesが最初にリリースした3D印刷レポートによると。 2015年には、グローバル3D印刷の総生産量は51億6,500万米ドルに達しました。 2014年の41億米ドルと比較して、年間成長率は25.9％に達しました。これには、3D印刷製品と3D印刷サービスの総出力値が含まれています。過去3年間の複合成長率は31.5％に達し、過去27年間の複合成長率は驚くべき26.2％に達しました。
また、このレポートは、2015年に、産業用グレードの3D印刷システム（5,000ドルを超える価格）のメーカーと販売者の数が2014年の49から62に増加し、2011年に2倍になったことを明らかにしました。メタル3Dプリンティングの大手企業は、ドイツのEOS、米国の3Dシステム、ドイツのコンセプトレーザー、および米国オプトメックです。しかし、近年、日本の東芝やイスラエルのスタートアップXjetなど、一部の新規参入者が急速に発展しています。同時に、デスクトップ3Dプリンターの販売（5,000ドルを下回る価格）は2015年に急速に増加し、278,000台に達しました。 2014年の160,000ユニットの販売量と比較して、年間成長率は70％以上増加しました。 2010年から2015年にかけて、デスクトップ3Dプリンターの市場が急速に発展し、成長は水平から垂直発達への傾向を示しました。デスクトップ3Dプリンターの販売の急速な成長は、米国のStratasys、オランダの究極のメーカー、台湾のXyzprintingなどの企業に起因しています。彼らの努力により、デスクトップ3Dプリンターの費用対効果が向上し、彼らの普及に多大な貢献をしました。現在出荷されている3Dプリンターの85％がデスクトップ3Dプリンターであると推定されています。
3Dプリントなどの破壊的な技術の開発には、戦略的な観点から全体的な計画とレイアウトが必要です。第一に、3D印刷の自由の利点を最大化します+"、そして3D印刷と伝統的な産業の密接な統合を促進します。この方法でのみ、3D印刷技術は、可能な限り早くアプリケーション市場の「最後のマイル」から抜け出すことができます。
著者：Zhang Liqiao Beijing New Materials Development Center
出典: 新素材産業
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