蔡道勝：いくつかの主要な3Dプリント技術の将来の発展予測

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-9-28 17:10 に最後に編集されました。

武漢易志科技有限公司会長、蔡道勝博士。国家「863」重大プロジェクト、国家CNC重大プロジェクトなど、数多くの大規模プロジェクトを主宰または参加し、中核リーダーとして、SLS（選択的レーザー焼結）、SLM（選択的レーザー溶融）、SLA（紫外線立体造形）、投影光硬化など、実用化されたさまざまな3Dプリント関連コア技術を開発しました。その中で、加工テーブルの長さが1メートルを超える世界最大のレーザー粉末高速製造装置（SLS）は、2011年に「中国の科学技術の進歩トップ10」の称号を獲得しました。 2015年に中国初の「フルカラー3Dプリンター」と「多機能コートサンド3Dプリンター」を発売し、現在は3DP技術をベースにしたさまざまな3Dプリント技術とその応用の開発に注力しています。以下は、いくつかの主要な 3D プリント技術の将来の発展に関する蔡博士の予測です。まず、いくつかの技術方向の将来の発展を大胆に予測してみましょう。

非金属3Dプリントの分野では、インクジェット印刷（代表技術3DP）と光硬化表面形成（代表技術CLIP）の原理に基づく3Dプリント技術が絶対的な主流になるでしょう。理由は簡単です。CLIPは最速の3Dプリント技術であり、インクジェットプリントはフルカラー印刷が可能で、大きなサイズで印刷でき、速度が速く（表面に近い形成）、強度が高く、同じ層に異なる材料を形成できる唯一の3Dプリント技術です。
金属 3D プリンティングの産業用途の分野では、CNC 加工と組み合わせた複合成形技術が徐々に市場を支配するようになります。もちろん、これは Xjet 技術がまだ商業化されていないという前提に基づいています。 Xjet テクノロジーが高密度の金属部品を印刷し、商業化を実現すれば、製造業における 3D プリンティング革命が始まります。

バイオメディカル分野では、プリントされた金属インプラントが徐々に認証され、臨床使用されるようになり、生分解性材料インプラントの応用もそれに続くでしょう。活動臓器の3Dプリントに関しては、私は自分に全く自信がなく、その日を生きながら見ることができるとは思えません。

より明確に理解するために、3D プリント技術の開発の歴史を簡単に振り返ってみましょう。

3Dプリント技術は、以前はラピッドプロトタイピング技術と呼ばれていました。2012年に業界が突然勃興した後、「3Dプリント」という用語が徐々に一般の人々の間で業界を表すために使用されるようになりました。学術分野の多くの古い専門家はこの用語が不正確であると考えていますが、正式な場では「付加製造」という用語が一般的に使用されています。 30年近い発展の中で、最初の20年間は5つの伝統的な技術（FDM、SLS、SLA、LOM、3DP）のアップグレードが中心となり、その後金属3Dプリンター（SLM）が登場しました。過去5年間で、新しい技術が次々と登場し、業界全体が非常に盛り上がっています。市場のメディアや投資機関は3Dプリント技術に対する理解が徐々に合理的になってきていますが、新技術開発の激しさは過去最高に達しています。

元々の 3D プリント技術はラピッドプロトタイピング技術であったため、製造された部品はすべてプロトタイプ、つまり「モデル」であり、製品の実際の機能を備えていませんでした。したがって、溶接技術分野における独自の積層造形技術（代表的な技術 LENS）は、「プロトタイプ」プリンターではなく、ラピッドプロトタイピング技術でもありません。 2005年以前、中国の主なラピッドプロトタイピング技術研究開発チームには、3つの大学（華中科技大学、清華大学、西安交通大学）、チームによって育成された3つの企業（武漢浜湖機電、陝西恒通、北京銀華）、およびいくつかの企業（北京龍源、上海聯泰など）が含まれていました。中国に進出した外国企業は、3D Systems、Stratasys、EOSなどの数社だけでした。

金属 3D プリンター (SLM) の登場以来、3D プリンターは「ラピッドプロトタイピング」から「ラピッド製造」へと徐々に移行してきました。武漢濱湖機電は当時、「機能部品の直接製造」という技術開発の方向性を明確に提唱し、ナイロン機能部品のSLS製造の研究開発を強化し、金属成形SLM技術を開発しました。これにより、濱湖機電は中国で最初にナイロン部品と金属プリンターを製造できるメーカーの1つになりました。 2005年以来、イスラエルのObjet社が中国に進出し始めました。その迅速性と経済性は、SLA技術に代表される中国の「プロトタイプ」製造応用分野に大きな影響を与えました。この状況は2008年に特に顕著になりました。一部の企業の業績は大きな影響を受け、ラピッドプロトタイピング業界はもはや存続できないと考える人もいました。武漢濱湖機電の主力製品はSLS技術とSLM技術であり、その業績は着実に向上しています。

2012年、欧米などの国々の牽引により、3Dプリント業界は突如爆発的に成長し、政府、メディア、証券会社、さらには一般の人々までもが3Dプリント技術に全力で注目し始めました。3Dプリントは万能の製造技術だと信じる人もいました。溶接分野の積層造形技術も3Dプリント業界に加わり、中国の3Dプリント市場も飛躍的に成長しました。ほぼすべての3Dプリント企業も再爆発しました。3Dプリント業界に関連する企業はすべて利益を上げており、多くの企業が3Dプリントに頼りたがっています。明らかな2次元成形技術も3Dプリントと呼ばれています。業界全体が「熱狂」状態にあります。良いニュースとしては、この熱い環境が多くの新興技術の誕生を促進し、普通紙フルカラー3Dプリンター、複合金属3Dプリンター、建築3Dプリンター、チョコレート3Dプリンター、CLIP技術、Xjet技術、液体金属3Dプリンターなど、新しい技術と新しい企業が次々と登場していることです。

2年前、一部の専門家の呼びかけにより、多くの人が3Dプリント業界について冷静に考え始めました。現在の3Dプリント技術には多くの欠点があり、製造業界の要求を満たすのが難しいことが分かり始めました。今後2～3年で業界の再編は避けられず、一部の古い技術は徐々に市場から消えていくだろう。

業界の技術開発に関する私のこれまでの予測の理由を説明したいと思います。

まず、主要なプラスチック成形産業を見てみましょう。従来の成形方法は主に射出成形と CNC 加工であり、製品に対する要件は主に強度、速度、経済性に反映されています。
CLIP 技術の最も注目すべき特徴はそのスピードです。固化した表面とガラスの剥離という根本的な問題を解決するため、これより速い付加成形技術は他にありません。ことわざにあるように、スピードこそがすべての格闘技に勝つ唯一の方法です。数分で部品を入手できるスピードは、エンジニアやデザイナーを興奮させるのに十分です。もう一つのポイントは、この技術は普通の投影技術を採用でき、設備のハードウェアコストが比較的低いため、この技術製品には十分な価格引き下げの余地があるということです。企業がそうする意思があるかどうかにかかっています。もちろん、CLIP 技術には、フルカラー部品を形成できない、短期間で形成される部品のサイズが大きくないなどの欠点もあります。

インクジェット 3D 印刷技術 (以下、3DP と略す) には、高速、フルカラー印刷、大きな成形サイズなど、いくつかの典型的な特徴があります。初期の 3DP 技術では主に石膏材料を印刷していたため、部品の強度が低いという欠点がありました。しかし、新しい 3DP 技術は、成形強度が高いだけでなく、ナイロン、セラミック、コーティングされた砂など、幅広い材料を成形することもできます。 3DP 技術が表面品質の問題を解決できれば、その応用の見通しは非常に有望になります。
新しい 3DP および CLIP テクノロジが商業的に広く使用されるようになると、従来の非金属 3D 印刷テクノロジは必然的に影響を受け、場合によっては排除されることが予想されます。

金属3Dプリントの工業応用分野において、金属3Dプリンターが表面品質の低さ、成形効率の低さ、高コストといった欠点を解決できない場合、工業分野では複雑な部品にしか使用できません。また、複雑な部品の多くはサポートのせいで取り外しや加工ができないことから、従来の金属3Dプリント技術の工業分野への応用は限定的なものにならざるを得ません。近年登場したCNC加工と組み合わせた複合成形金属3Dプリンターは、表面品質の問題を非常にうまく解決しており、その応用分野は大幅に拡大し、金型加工分野にも応用され、金型加工装置となることもあります。

Xjet 技術の登場は、金属成形 3D プリンターにとって革命的な技術です。私は個人的にこの技術の成果に驚いています。Xjet 技術はまだ商品化されていないため、成形部品の密度の面でこの技術がどのように機能するかはわかりませんが、導入当初から、金属成形 3D 印刷技術の欠点をほぼすべて解決したようです。この技術が密度の問題を解決できれば、3D 印刷は製造業に革命的な影響を与えるでしょう。

バイオメディカル分野は、ほぼすべての「製品」がパーソナライズされており、極端に高い表面品質や高密度を必要としない特殊な分野であり、3Dプリント技術に特に適した分野です。たとえば、産業分野における金属 3D プリントのいくつかの欠点は、バイオメディカル分野に適用すると利点になります。たとえば、空間グリッド化と粗い表面により、生物組織の成長の要件をより適切に満たすことができます。したがって、医療認可を通過した後、3D プリント技術はバイオメディカル分野で大きな役割を果たすことになります。しかし、私は活動臓器の3Dプリントの応用については、常に慎重な見方をしています。その理由は簡単です。一部の活動臓器に関する人間の研究は十分に徹底されておらず、科学者がまだ習得していない未知の知識がたくさんあると信じているからです。この場合、私たちが印刷する活動臓器は、実際の臓器ではなく、特定の機能を備えた単なる「製品」でなければなりません。

上記の技術が広く商品化された後のシナリオを想像し、どの技術が影響を受けて衰退したり消滅したりする可能性があるかを分析することができます。

3Dプリント技術自体は「製造革命を起こす」という重要な任務を託されていますが、従来の3Dプリント技術では明らかにそのような重い責任を担うことはできません。 3Dプリントに携わる企業として、会社の持続的な発展を維持するためには、現実的に市場を分析し、将来の製造業の要件を満たす新しい3Dプリント技術を開発し、新しい技術と新しいプロセスを組み合わせた新しい材料を開発してアプリケーション市場を拡大する必要があります。南極クマ3Dプリントネットワークにご注目ください。

著者: 蔡道勝

蔡道勝：いくつかの主要な3Dプリント技術の将来の発展予測

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