ビジネスリーダーが注目すべき2017年の3Dプリンティングトレンドトップ10

3Dプリント技術は、インダストリー4.0時代の最も有望な製造技術の一つとして、医療、建築、航空宇宙、教育、機械産業などの産業分野に進出しており、生産方法の変革は、今日のビジネスモデルをさらに覆す可能性があります。

Antarctic Bear は、あらゆる人に次のことを思い出させます。どの業界に属していても、ビジネスリーダーやマネージャーとして、3D プリント技術の現状と動向に常に注意を払う必要があります。 CCID Consulting の次の記事では、3D プリント業界の将来の発展に向けた上位 10 の方向性を明らかにしています。

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1980 年代後半、3D プリンターの登場により、積層造形法の新しい時代が到来しました。

近年、新たな科学技術革命と産業変革の勢いに乗って、3Dプリンティングは急速な発展期に入りました。世界各国は、これを将来の産業発展のための新たな成長点として育成してきました。例えば、2012年に米国は「積層造形技術センター」を最初の製造イノベーションセンターに指定しました（後に「メイド・イン・アメリカ」に改名）。欧州連合、日本、韓国、シンガポール、ロシア、南アフリカ、インドなどの国々も、3Dプリント産業の発展を促進するためにさまざまな措置を講じています。私の国の3Dプリント技術は基本的に世界の先進レベルと同レベルですが、工業化はまだ初期段階にあります。

将来、3D プリンティングは、より高速、より高精度、より優れた性能、より信頼性の高い品質へと発展し、強力な科学技術の力となるでしょう。

トレンド1：デスクトップ市場は「レッドオーシャン」に陥っており、産業市場に参入する時期が来ている

近年、デスクトップ 3D プリンターは人気と好評を博しており、売上が大幅に増加していますが、産業用 3D プリンターの業績はやや低迷しています。

ビッグデータ企業CONTEXTのデータによると、デスクトップ3Dプリンターの世界販売台数は2015年に33%増加したのに対し、産業用3Dプリンターは9%減少しました。また、2016年上半期には、デスクトップ3Dプリンターの世界販売台数は前年比15%増加したのに対し、産業用3Dプリンターは15%減少しました。デスクトップ 3D プリンターは敷居が低く、デザインもシンプルなので、企業が 3D プリント分野に参入するのに適したエントリーポイントとなります。

しかし、長年の開発を経て、デスクトップ市場での競争は「白熱」し、利益が少なく、精度が低く、実用性が低いことと相まって、天井効果は明らかです。産業グレード市場は、インテリジェント製造の概念に適合しており、自動車、航空宇宙、機械産業、医療など、市場需要が大きく、発展の可能性が高い分野で幅広く活用できます。技術が成熟し、コストが下がり続けるにつれて、想像を絶するエネルギーが解き放たれるでしょう。

2015年末、世界的な3Dプリント大手の3D Systemsは、消費者向けデスクトップ3Dプリンターの生産を中止し、より収益性の高い専門市場と産業市場に目を向けると発表しました。2016年初頭、国内の3Dプリント技術大手のXitong Electronicsは、珠海で産業用3Dプリントの分野に本格的に参入すると発表しました。

トレンド2：金属3Dプリント分野は急速に発展しており、応用分野も徐々に広がっている

金属 3D プリントは「3D プリントの最高傑作」として知られており、最も敷居が高く、最も将来性があり、最先端の技術の 1 つです。また、CONTEXTが発表したデータによれば、金属3Dプリンターの世界販売台数は2015年に35％増、2016年上半期には前年比17％増となった。これは産業用3Dプリンティング分野のトレンドに対して「素晴らしい」上昇と言えるだろう。

自動車製造や航空宇宙などのハイテク分野では、部品の形状が複雑で高価であるため、従来の鋳造や鍛造のプロセスでは生産できなかったり、損失が大きくなったりすることがあります。金属3Dプリントは、要件を満たし、軽量化された製品を迅速に生産できます。

2015年11月、アウディは金属3Dプリント技術を使用して、アウトウニオン（アウディの前身）が1936年に発売したCバージョンレーシングカーのすべての金属部品を1：2の比率で製造しました。2016年10月、GEは6億ドルを投じてドイツの金属3Dプリント企業コンセプトレーザーを買収し、3Dプリント航空エンジン部品事業の展開を加速しました。さらに、医療機器、原子力、造船などの分野での金属3Dプリントの需要も非常に強く、応用市場は徐々に開拓されつつあります。

トレンド3：3Dプリントの産業化には時間がかかり、「増加」と「削減」の製造が長期間共存する

3Dプリンティングは付加製造技術を用いており、「減算製造」と「等方性製造」を基本とする従来の製造業に対する革新であり挑戦です。しかし、それはどちらか一方ではなく、共存・補完の関係です。

歴史的に、伝統的な製造業は数千年にわたる蓄積と発展を経ており、その技術、プロセス、材料は非常に成熟しています。しかし、3Dプリントは開発の歴史が30年以上しかない新しいものであり、速度、精度、強度などの面でまだ多くの制限があります。現状から判断すると、現在の 3D プリントの市場シェアは非常に限られています。専門コンサルティング会社 Wohlers Associates が発表したデータによると、世界の 3D プリント市場規模は 2015 年に 51 億 6,500 万米ドルで、2020 年までに 212 億米ドルに達すると予想されています。これは、製造市場の数十兆米ドルと比較するとまだごくわずかです。

従来の製造方法と比較すると、3Dプリントは研究開発サイクルが短く、使用する材料も少なく、小ロットや個別のカスタマイズには明らかな利点がありますが、大規模生産にはまだ多くの欠点があります。積層造形は、積層造形や等材料造形に完全に取って代わることはできませんが、従来の製造技術を補完する有益な手段として、3D プリンティングは製造業の変革とアップグレードを大いに促進するでしょう。

トレンド4：製品生産方式の変革が加速し、「統合型」と「分割型」の製造が連携して進む

3D プリンティングは、インダストリー 4.0 の時代における最も有望な先進製造技術の 1 つです。製品の製造方法を 2 つの側面から変革します。

一方、伝統的な製造業は「グローバルな調達と分業と協力」を特徴としています。製品のさまざまな部品は、多くの場合、異なる場所で生産され、その後、同じ場所に輸送されて組み立てられます。一方、3D プリンティングは「統合製造とワンタイム成形」であり、物流プロセスが不要になり、時間とコストを節約できます。

一方、従来の製造業は、工場を主な担い手とする生産ラインが中心であり、生産設備が高度に集中しています。 3Dプリントは、ビッグデータ、クラウドコンピューティング、モノのインターネット、モバイルインターネットに代表される新世代情報技術と製造業の融合を体現しており、生産設備が全国に分散し、分散型製造が実現され、倉庫のつながりが排除されています。「ホリスティック製造」と「分散製造」は意味が矛盾しているように見えますが、3Dプリンティング技術では統一されています。前者は生産プロセスを重視し、後者は生産行動を重視し、共同で製品の製造方法の変化を促進します。

トレンド5：成形サイズが両側に広がり、大小の製品が想像力を覆す

3D プリントの応用分野の拡大に伴い、製品の成形サイズは 2 つの極端な方向に進んでいます。

一方、業界は「より大きな」サイズへと移行しており、小さなアクセサリー、靴、家具から建物まで、サイズは絶えず更新されています。特に、自動車製造、航空宇宙などの分野では、大型の精密部品に対する需要が非常に高くなっています。たとえば、2016年の珠海航空ショーでは、西安ポリライト社が全高933mmの3Dプリント中空航空機エンジンブレードを展示しました。

一方、より小さくすることで、ミクロンやナノレベルに到達でき、強度や硬度を変えずに製品の体積と重量を大幅に削減できます。たとえば、ハーバード大学とイリノイ大学の研究者は、砂粒よりも小さいナノスケールのリチウム電池を3Dプリントしましたが、これは通常の携帯電話の電池と同等のエネルギーを提供できます。

今後、3D プリントの造形サイズは、信じられないほど大きいものから驚くほど小さいものまで、さらに拡大していくでしょう。「できないことはない、想像できないことがあるだけだ。」

トレンド6：材料のボトルネックを克服する必要があり、「品質」と「量」が増加し、「価格」が下落している

「料理が上手な人は米なしでは料理ができない。」 3D プリント材料は、3D プリント技術の発展に欠かせない材料基盤であり、現在 3D プリントの産業化を制限する重要な要因でもあります。近年、3Dプリントの需要の増加に伴い、3Dプリント材料の種類は急速に拡大しており、主にポリマー材料、金属材料、無機非金属材料の3つのカテゴリが含まれます。しかし、従来の材料と比較すると、3D プリント材料の種類はまだ比較的少ないです。金属 3D プリントを例にとると、ステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金など、使用できる材料は限られています。

さらに、3Dプリントでは、材料の形状にも厳しい要件があり、一般的には粉末、フィラメント、液体などです。通常の材料と比較すると、比較的高価であり、個人や工業生産のニーズをまったく満たすことができません。十分な「手頃な価格」の材料だけが、技術開発のための十分な選択肢と、アプリケーションの拡大のための十分な想像力の空間を提供することができます。

今後、3Dプリント材料は研究開発の焦点となり、資金流入の出口となり、材料の種類と形状がさらに拡大し、価格の低下が期待され、精度、強度、安定性、安全性がより保証されるようになります。

トレンド7: 手術のリハーサルが可能になり、治療がより正確になる

3Dプリントの「パーソナライズカスタマイズ」は、医療業界の「適切な病気に対する適切な治療」と自然に互換性があり、この2つの組み合わせは主に4つの側面に反映されています。

1つ目は術前リハーサルで、3Dプリント技術を使って患者の体の部位のモデルを復元し、医師が病理構造をより直感的に理解できるようにして、手術の成功率を高めることです。

2つ目は医療機器で、補聴器、防護具、義肢などの外部機器や、関節、軟骨、ステントなどのインプラントが含まれます。

3つ目は「テーラーメイド」の薬剤調製であり、患者の生理学的特徴と特定のニーズに応じて薬剤を調製し、それによって薬剤の効果を向上させます。

4つ目はバイオプリンティングで、人工の血管、心臓、神経、皮膚などを使用して、病気の組織や臓器を修復、置換、再構築します。

医療分野における3Dプリントの応用は、依然として材料、コスト、精度、基準などの制約に直面しており、市場規模は比較的小さいものの、医療分野における巨大な需要潜在力と極めて小さい需要弾力性を考慮すると、医療分野における3Dプリントの応用は拡大し続け、より正確な診断と治療計画の実施、より十分な移植臓器の提供においてその能力を発揮することができるだろう。

トレンド8：クラウド製造と連携し、商業的影響力を持つプラットフォームが続々登場

世界は高度情報化時代を迎え、情報化の重要なツールであるインターネットがあらゆる産業を再定義しています。 3D プリント設備はまだ普及しておらず、技術の使用は「誰でも簡単にできる」ものではありません。設備や技術を持たない一般の人々が、デザインのアイデアをどうやって実現できるのでしょうか?

2008 年に設立された Shapeways は、インターネットベースの 3D 印刷プラットフォームを構築し、サービスプロバイダーとそれを必要とするユーザーの間の「仲介者」として機能し、ユーザーの「悩み」を解決しています。現在、MakeXYZ、3DLt、3DHubs、Shining 3D、Suning、YiZao.com、Mohou.comなども同様の取り組みを行っています。南京101号自動化技術有限公司の「1001号クラウド製造プラットフォーム」も、2016年の中国「インターネット+」産業応用における最先端事例トップ10に選ばれました。「インターネット+3Dプリント」は「クラウドプリント」という新しいビジネスモデルを切り開き、シェアリングエコノミーの考え方を導入しました。遊休の3Dプリンターが有効活用され、顧客は満足のいく設備とサプライヤーを選択できます。

トレンド9：ハイブリッドプリントで可能性が広がり、機能性素材や色もミックス

3D プリント技術の発展に伴い、3D プリンターに対する人々の期待はますます高まり、単一の機能、単一の素材、単一の色などでは満足できなくなっています。

将来、3Dプリンターは3D印刷技術と従来のCNC工作機械技術（または異なる3D印刷技術）を自由に切り替えられるようになり、実用性が高まります。3Dプリンターの「配給」はより豊かになり、金属、プラスチック、ゴムなどのさまざまな材料（または異なる特性を持つ材料）を混合使用することで、より複雑な構造の製品が生産され、印刷された製品もカラフルになります。

例えば、日本で開発された5軸ハイブリッド3Dプリンター（3DプリンターとCNCフライス盤を組み合わせたもの）は、既存の産業グレードの5軸制御技術に基づいて、押し出し3Dプリントとフライス加工操作を連続的に実行できます。MITが開発したMultiFab 3Dプリンターは、レンズ、繊維、光ファイバーなど10種類の材料を同時に処理できます。カナダのORD Solutionsが発売した3Dプリンターは、5色のフィラメントを使用して色鮮やかな作品を印刷できます。

トレンド10：我が国の3Dプリントは早くから始まったが、ゆっくりと発展し、産学研究の連携がブレークスルーとなった

3D Systems、Stratasys、Shining 3Dなどの業界大手が市場シェア獲得に躍起になっている一方で、ハーバード大学のWyss研究所、カリフォルニア大学のローレンス・リバモア研究所（LLNL）、カーネギーメロン大学のAdam W. Feinberg研究チームなどの研究機関も、強力な研究開発能力によって継続的に技術革新を達成しています。

わが国の3Dプリント研究は1990年代に大学で始まり、現在では清華大学のヤン・ヨンニアンチーム、北京航空航天大学のワン・ホアミンチーム、西安交通大学のルー・ビンヘンチーム、華中科技大学のシ・ユシェン研究チーム、西北工業大学のホアン・ウェイドンチームなど、中核的な科学研究陣を形成しています。論文数や特許出願数は世界第2位です。 2016年10月には中国付加製造産業連盟が設立され、国家付加製造イノベーションセンターの建設計画も専門家の審査に合格した。

わが国の科学技術システムとメカニズムの改革が継続的に進む中、産学研連携の道を歩み、長期的な協力メカニズムを形成することは、わが国が3Dプリントの産業化を推進するための現実的な選択となっている。

出典: CCIDコンサルティング

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