2017年の3Dプリント産業チェーンの6つの主要な方向性

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-2-7 14:45 に最後に編集されました。

転換点はいつも突然、音もなくやってくる。春節に南極熊が見たニュースは、間違いなくトランプ大統領が就任早々に署名した移民・難民に関する大統領令だった。トランプ大統領はビジネスマンらしい目標志向と積極的な姿勢で、米国にさらなる利益をもたらすだろうとの声もある。世の中は時々とても不条理に思えますが、そこには論理とルールがあります。3Dプリント業界にとって、業界の発展は政治情勢のように一夜にして180度変わるようなものではなく、むしろ、起こっていることから「突然春風が吹き、何千本もの梨の木が咲く」という兆しを探し、リズムとチャンスをよりよく把握することができます。

メタマテリアル<br /> EUは、付加製造開発ロードマップにおいて、生体材料、超伝導材料、新しい磁性材料、高性能金属合金、アモルファス金属、複合高温セラミック材料、金属有機構造体、ナノ粒子、ナノファイバー材料のサポートに重点を置くことを提案している。

米国国立イノベーションセンター America Makes が設定した付加製造材料の重点分野の目標は、材料知識のシステムを確立し、付加製造材料のベンチマーク特性データを確立することです。これには、基礎となる物理の微視的スケールを制御して一貫性と再現性のある微細構造を実現し、それによって材料特性を「設計」するのではなく、プロセスパラメータの制御から微細構造の「確立」へのパラダイムシフトの創出が含まれます。

わが国は、国家付加製造産業発展促進計画（2015～2016年）の指導の下、大学や研究機関に依頼して、付加製造用の特殊材料の特性に関する研究と設計を行っています。

現在の積層造形の分野では、我が国はより基礎的かつ応用レベルの構築に取り組んでおり、欧州は最先端の分野を模索しており、米国は最高のデータ分析とソフトウェア能力を通じて共通システムを構築しようとしています。もちろん、各国が積極的に計画している共通の取り組みも数多くあります。重要な戦略分野である高温合金をはじめ、四川天源付加製造、中国科学院寧波材料工学研究所、南京航空航天大学、西安ポリライト、江西理工大学、広東華科技大学、中国科学院重慶グリーンインテリジェント技術研究所、湖南定利科技、航星麗華（北京）科技、北京航空材料研究所、中国航空工業集団など。

基礎資料の構築に基づいて、プログラミング資料は獲得すべき次の戦略的指揮高になります。メタマテリアルとは、異常な特性を示すように設計された材料を指します。天然素材にはない、並外れた物理的特性を持つ人工の複合構造または複合材料です。これまでに開発された「メタマテリアル」には、「左手系材料」「フォトニック結晶」「超磁性材料」などがある。

ハーバード大学の研究者らは、メートルスケールからナノスケール、衝撃吸収建材からフォトニック結晶メタマテリアル構造まで適用可能な、印刷サイズを制限することなく幾何学的形状と複数の機能の切り替えを実現するための基本的な設計フレームワークソフトウェアの確立を試みた。

メタマテリアルの分野では、東南大学、中国人民解放軍空軍工程大学、西安交通大学、北京交通大学などの大学が多くの研究を行ってきました。ハーバード大学がソフトウェアを使用して基本的なモデリングの問題を解決しているように、メタマテリアルは 3D プリントの助けを借りて特殊材料の分野に「浸透」し、メタマテリアルを普通の目に見える材料にする可能性があります。

電子構造部品<br /> 電子製品の製造における電気相互接続技術は、表面アセンブリ技術、マイクロアセンブリ技術、3次元アセンブリ技術、高密度アセンブリ技術などの技術を特徴とする発展期から、光電子相互接続、グリーンアセンブリ、構造機能部品の相互接続、マルチメディア複合部品の相互接続を特徴とする新しい技術発展期に徐々に入りました。さまざまな新しい回路コンポーネント/モジュールの電気的相互接続の品質と効率を確保するために、エレクトロニクス業界では、これらの要件に適合する新しいプロセスと方法の要求が提唱されています。 3D プリントの技術的特徴は、製造プロセスの高速化や構造の複雑さの制限がないことなどであり、従来の製造方法では実現が難しい構造電子製品の開発だけでなく、電子製品の単一部品、多品種、小ロット開発にも特に適しています。

構造電子製品の製造分野では、アメリカの企業であるオプトメックがエアロゾルジェット3D印刷技術を少量生産に応用しています。この技術を使用して湾曲したコンフォーマルアンテナを3D印刷したり、AR電子デバイスをメガネに直接印刷したりすることが代表的な用途です。

この分野では、ハーバード大学発のスタートアップであるVoxel 8、GEとAutodeskが出資するOptomec、MIT発のMultiFab、CC3D、Nano Dimensionなど、数多くのハイテク企業が活躍しています。わが国では、西安交通大学が配線と基板を同時に印刷する3Dプリント技術を通じて、構造電子製品を3次元空間に任意に配置することを実現しました。

より洗練された品質検査
3D プリント製品の製造および使用中に、特定の欠陥の発生と拡大はほぼ避けられません。金属の溶解プロセス中、各レーザースポットは微小溶融プールを作成します。粉末の溶解から固体構造への冷却まで、スポットのサイズと電力によってもたらされる熱量によってこの微小溶融プールのサイズが決まり、部品の微結晶構造に影響を与えます。

金属積層造形の複雑さは、1. 単純な部品、2. 最適化された部品、3. 組み込み設計の部品、4. 積層造形用に設計された部品、5. 複雑なセル構造の部品の 5 つのレベルに分けられます。

複雑な3Dプリント製品の検査には、GEなど海外の大手研究機関や企業がX線マイクロCTを検査手段として使い始めています。この傾向は2017年にさらに強まるでしょう。

3Dプリントは航空宇宙分野で主導的な役割を果たしている
2017年の新年を迎え、GEは1月17日にタービン部品のひずみセンサーの製造方法を公開し、承認された。その直後、GEは1月24日に燃料噴射装置本体と冷却システムの製造技術に関する新たな特許を承認された。航空分野で 3D プリントがますます重要になってきているのなら、航空宇宙分野では 3D プリント技術はすでに「バックボーン」になっています。

NASAは、3Dプリントが液体水素ロケットエンジンの製造に大きな可能性を秘めていると考えています。NASAのAMDE-Additive Manufacturing Demonstrator Engine積層造形検証機プロジェクトでは、チームは3年以内に積層造形を通じて100個以上の部品を製造し、3Dプリントで完成できるエンジンプロトタイプを設計しました。 3D プリントでは部品数を 80% 削減でき、必要な溶接は 30 箇所だけです。

SpaceX、Blue Origin、Marshall Space Flight Center、Aerojet Rocketdyne、Rocket Labは、3Dプリントがロケット打ち上げ装置の性能を向上させるだけでなく、ロケット打ち上げのコストも削減することを2016年に再び証明しました。

企業の内部エコシステム
GE自体は3Dプリントの下流アプリケーション企業です。ArcamとConcept Laserを買収した後、GEは上流の3Dプリント機器メーカーの1つになりました。同社はまた、2～3年以内に3Dプリントの速度を上げることを提案した。長期的には、GEは現在の速度の100倍に到達することを望んでいる。 GEの下流事業部門のアプリケーション開発ニーズを通じて、GEの上流設備研究開発に継続的にフィードバックしています。資金面でもノウハウ面でも、同社が買収した設備ブランドは他社が得るのが難しい優位性を獲得しています。偶然にも、ミシュランは、Fives と共同で開発した金属印刷技術を、タイヤ金型の製造改善に活用するとも発表した。

アルコアはまた、粉末から印刷サービスまで3D印刷事業を扱う別会社、アルコニックを設立すると発表しました。アルコニックは、航空技術から金属粉末製造、さらには製品認証に至るまで、専門的なサービスをユーザーに提供できます。アルコアの技術力を頼りに、アルコニックは伝統的な金属製造技術と3Dプリンティングの両方で独自の強みを持つ強力なブランドになるでしょう。

GKN 社は、強力な航空宇宙および動力車両事業を中心に、米国の GKN シンシナティアディティブマニュファクチャリングセンターオブエクセレンス、スウェーデンの GKN トロルヘッテンアディティブマニュファクチャリングセンターオブエクセレンス、英国の GKN フィルトンアディティブマニュファクチャリングセンターオブエクセレンスの 3 つのアディティブマニュファクチャリングセンターオブエクセレンスを構築しました。企業の内部エコシステムは3Dプリンティングの大きなトレンドとなり、3Dプリンティングにおける競争は、研究開発、マーケティング、産業チェーン、ビジネスモデルにおける総合的な競争へとアップグレードされます。

金属特性を持つプラスチック<br /> プラスチックのエンジニアリング化が進むと言えば、エボニックは最近、HP Multi Jet Fusion 3D プリンターで使用するために開発された初の新しいプラスチック粉末である VESTOSINT 3D Z2773 を発売しました。新しい PA-12 粉末は優れた機械的特性を備え、米国 FDA (食品医薬品局) の基準を満たしているため、この材料で作られた部品は食品接触用途に使用できます。

ソルベイは、先進的な軽量ソリューションにより、一部の金属をプラスチックに置き換えることを目指しています。ソルベイは、まずフランスのリヨンにSinterline Technylの研究と製造を行う技術センターを設立し、その後、米国ジョージア州アルファレッタに付加製造用の先進材料の研究を行う新しい研究所を開設しました。

イタリアのCRPテクノロジーはポリアミド材料に重点を置いています。CRPテクノロジーのナイロン強化材料は独特です。その中でも、Windformガラス繊維強化ポリアミド材料は引張強度に優れ、CNC加工も可能で、非導電性材料です。

オックスフォードパフォーマンスマテリアルズ (OPM) は、ボーイング社の CST-100 ロケット宇宙船の 3D プリント構造部品の提供元として選ばれました。OPM は OXFAB の材料でプリントした部品の出荷を開始し、軽量金属に代わる高性能プラスチック材料の使用における新たな章を開きました。

Victrex は、3D プリンティング (付加製造、AM) のイノベーションに取り組む企業および機関のコンソーシアムを主導しています。 Victrex 社は、その重要な役割の一環として、積層造形プロセス向けに特別に設計された新しい化学配合に基づいた高性能ポリアリールエーテルケトン (PAEK) ポリマーの新グレードを開発します。

金属から高性能材料への移行は、現在、航空宇宙市場で確立された傾向であり、設計の自由度、製造の利便性、軽量化を追求するために、プラスチックが従来のアルミニウムの代替品になりつつあり、この傾向は 2017 年にさらに強まるでしょう。

出典: 3Dサイエンスバレー

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