3Dプリントの新化学物質、収益の見込みはどこにあるのか

写真は、メーカーがABS素材を3Dプリンターで製作したリコーダー。近年、世界を席巻している3Dプリンターブームは、社会から広く注目を集めている。 3D プリント技術は、情報技術と工業製造を完璧に融合し、柔軟な生産方法でますます高まるパーソナライズされたニーズを満たし、製造技術における革命的な進歩を実現します。「第三次産業革命」の先駆けとして歓迎されているこの新興産業は、間違いなく世界の製造経済に大きな変化をもたらすでしょう。 3Dプリントの原料となるポリマープラスチック、感光性樹脂、ゴム材料などの新化学材料も驚異的な大逆転を果たし、新興産業の最前線に立つことが期待されています。

市場の収益見通しはどの程度ですか?
2020年の市場価値：14億ドル

「現在、3Dプリントに使用できる基本的な原材料は、主にポリマー材料、金属、無機非金属材料の3種類です。そのうち、化学分類は主にポリマー材料で、ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体）、PLA（ポリ乳酸）、PC（ポリカーボネート）、ナイロン粉末、石膏粉末、感光性樹脂、PVCなどです。3Dプリントに一般的に使用される先進的なフォトポリマーには、模造ポリプロピレン、模造ABS、透明フォトポリマー、ゴム状フォトポリマー、医療用および歯科用フォトポリマーなどがあります。国際的および国内の3Dプリント技術は成熟に向かっており、産業規模と市場拡大は絶えず拡大しており、新しい化学材料の需要は日々増加しており、材料の市場価値は徐々に高まっています。」と国務院発展研究センター研究員の胡瑞平氏は述べた。

彼によれば、3Dプリンティングはラピッドプロトタイピング技術の一種であり、付加製造とも呼ばれ、主に製品モデル、金型製造、航空宇宙、バイオメディカル、文化的創造性、パーソナライズされたカスタマイズに使用されています。工業情報化部やその他の関連部門の調査報告によると、米国、日本、中国、ドイツ、英国では今後、3Dプリント材料の需要がさらに高まるだろう。 2012 年、北米とアジア太平洋地域は世界の 3D プリント材料の売上収益の 68% を占め、北米の市場収益が最も高く、次いでアジア太平洋地域となりました。今後、アジア太平洋地域での3Dプリントの推進により、アジアは3Dプリント材料の需要が最も急速に増加する地域になると予想されています。

同氏は、3Dプリント材料の開発が、3Dプリントの応用範囲を広げられるかどうかを直接左右すると述べた。今後5年間で、医療・歯科分野における3Dプリント用新化学材料の市場消費需要が大幅に増加し、宝飾品、電子情報、建設、航空宇宙、自動車などの分野でも需要が増加するでしょう。その中で、電子産業や自動車産業における3Dプリント用新化学材料の応用はさらに拡大・深化され、消費量が最も多いABS、PLA、PC産業ではプロトタイプ製造やデスクトップ3Dプリント市場で急速に拡大するでしょう。

最新の統計によると、2020年までに3Dプリント材料の世界市場価値は14億米ドルに達し、年間平均成長率は20％、重量は20億キログラムに達すると予想されています。

胡瑞平氏は、さまざまな3Dプリント材料の中で、ポリマー材料が引き続き主要な地位を占めるだろうと述べた。 2015 年には、3D プリントにおけるプラスチックの市場需要は 9,000 万米ドルに達し、2018 年までにその需要は 2 億米ドルに達すると予想されています。熱可塑性樹脂は、ABS、PLA、ソフトPLA、PVA（ポリビニルアルコール）、PC、PA（ポリアミド）などの化学材料の中で最も急速に成長するカテゴリであり、年間成長率は約20％です。この種の材料の市場価値は 2013 年にはわずか 6,450 万ドルでしたが、2019 年までに 1 億 9,260 万ドルに上昇すると予測されています。さらに、フォトポリマーは 3D プリント材料の中で最大のカテゴリーであり、市場価値は 2019 年までに 3 億 8,000 万米ドルに達し、年間平均成長率は約 15% になると予想されています。

どの素材が好まれますか?
新ナイロン素材感光性樹脂 ABSPLA

では、3D プリントポリマー材料業界の収益性をどのように活用できるのでしょうか?内モンゴル科技大学化学工学部学部長の王亜雄教授は記者団に対し、3Dプリントに使われる化学原料は3Dプリントの設備とプロセスのために特別に開発されたもので、通常のプラスチック、石膏、樹脂の技術的特性とは大きく異なると語った。その形態には一般に粉末、フィラメント、フレーク、液体などがあり、従来の化学会社が製造する 3D プリント材料の性能と適用性にはより高い要件が課せられます。例えば、材料は液化可能、糸状、粉末化可能であること、印刷後にコンピュータソフトウェアの制御下で再結合および成形可能であること、印刷装置の種類や動作条件が異なるため、粉末状の 3D 印刷材料の粒子サイズは 1 ～ 100 μm であることが求められること、良好な流動性を維持するために高い球形度が求められること、3D 印刷の連続生産のニーズを満たすために安定した性能が求められること、多機能で導電性、水溶性、耐摩耗性、安全性、グリーンで環境に優しいという特性が求められることなどが挙げられます。

王亜雄氏は、今後5年間で、ポリスチレン、ポリカーボネート、PET（ポリエチレンテレフタレート）、TPU（熱可塑性ポリウレタン）、PBA（ポリブチルアクリレート）、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコールおよび代替バイオプラスチック、透明材料、フレキシブル材料、ナノ強化プラスチックなど、より多くの種類のポリマー材料が3Dプリント材料の分野に参入すると予想されており、その一部は3Dプリント業界でかなりの競争優位性を持つ新化学材料の「新星」となるだろうと指摘した。

「長年、設備メーカーは3Dプリント材料のサプライチェーンを基本的に独占してきましたが、現在この状況は打破されつつあります。3Dプリント材料業界には多額の投資が注ぎ込まれ、新興企業と伝統的な化学新材料企業が静かに台頭しています。」と上海東宝布能科技有限公司の趙偉中総経理は記者団に説明しました。彼はさらに、新化学材料の中でもナイロン、ABS、PLAが今後5年間、3Dプリント材料市場で最大のシェアを占め続けるだろうと分析しました。

王亜雄氏は、化学新材料企業は市場の需要をターゲットにし、3Dプリント材料の総合的な技術性能の向上に努めるとともに、スマート材料、機能性傾斜材料、ナノ材料、異種材料、複合材料など、将来を見据えた多様な3Dプリント新化学材料の開発を加速すべきだと提案した。

より良い利益を得るためには、投資の方向に注意を払う必要があります。趙衛中氏はいくつかの代表的な製品を公開した。
一つは新しいナイロン素材です。 2019年までにナイロンは3Dプリント材料市場の30%を占めると予想されています。企業は技術的に出力変形プログラミングを使用して、3Dプリントされたナイロン部品の内部構造を制御し、繊維の順序を変更して部品の性能を向上させ、ナイロン材料の相対的な利点をより明確にすることができるからです。現在の市場供給に関しては、Arkema、Evonik、Arzuano、ExcelTec、Rhodiaなどの外国企業を含め、ナイロンパウダーメーカーは比較的少数です。中国企業の多くは、レーザー焼結法によるナイロン粉末などの低級製品を生産しており、ハイエンド製品市場への参入を急務としている。

2つ目は感光性樹脂材料です。感光性樹脂は主に試作設計や口腔医療業界で使用され、投資収益率は高いままです。国内の伝統的な化学企業は、3Dプリント樹脂材料の製造に参加し、その主要サプライヤーになることができます。今後10年間、樹脂材料の改良が進むにつれ、3Dプリント技術は、高性能な自動車産業や航空宇宙分野で直接使用できる、より強力な樹脂機能プロトタイプ部品を生み出すようになるでしょう。

3番目はABSとPLAです。 ABS と PLA はさらに開発され、新しいグリーン 3D プリント材料にアップグレードされます。新しいABS素材は、過去30年間に開発されてきた素材の物理的特性の限界を打ち破り、透明性、耐火性、色彩、耐薬品性などの面で新たな性能を発揮します。その中で、ABS 1.75mmモノフィラメント繊維径は徐々に標準加工径となり、生産能力が大幅に向上します。グリーンおよび環境保護の概念に対する需要が高まり続けるにつれて、PLA は徐々に 3D プリント製造アプリケーションで最も広く使用される材料になるでしょう。

諸外国との差はどのくらいですか？
不十分なパフォーマンスと高いコスト

胡瑞平研究員は、中国は3Dプリント新素材産業の発展を積極的に促進するため、いくつかの産業政策措置を導入したと述べた。 2015年2月、国務院の戦略的新興産業の発展に関する意思決定と展開を実行し、新たな科学技術革命と産業変革の大きなチャンスをつかみ、わが国の付加製造（「3Dプリント」とも呼ばれる）産業の健全で秩序ある発展を加速するために、工業情報化部、国家発展改革委員会、財政部は「国家付加製造産業発展促進計画（2015-2016）」を検討し、策定しました。この計画は、3Dプリントの新化学材料に稀な発展の機会と広い発展空間をもたらします。

しかし、現在、我が国の 3D プリンティングには多くの問題があり、その中で最も顕著なのは外国への依存度が高いことです。王亜雄氏は記者団に対し、主な理由は2つあると語った。一方では、わが国の3Dプリント化学新材料技術の研究開発基盤が弱く、米国、ドイツなど他の国の比較的成熟した技術との間に大きな隔たりがある。現在、中国にはこの分野の研究に携わる科学研究機関が10数カ所しかなく、人材と資金の投資もまだ不十分です。その結果、わが国の3Dプリント用化学原料の品質は不安定で、種類も比較的単一です。研究開発に使われる実験材料の一部でさえ、輸入に頼らざるを得ません。例えば、国産光沢樹脂は、研究開発期間が長く、材料配合技術が難しいなどの研究開発上の困難に直面しており、海外から実験材料を輸入しなければなりません。

一方、国内の3Dプリント技術はまだ初期開発段階にあり、新しい3Dプリント化学物質の開発とは相互に制約がある。現在、国内の3Dプリント産業の規模は比較的小さく、新しい3Dプリント化学材料の生産を専門とする国内企業は少数です。さらに、中国には比較的精度と強度が低い新しい3Dプリント用化学物質を生産する条件しかなく、国内の3Dプリント技術の産業応用が制限されています。

胡瑞平氏はまた、わが国と先進国における3Dプリント用新化学物質の研究開発と応用には依然として大きな隔たりがあると考えており、新化学物質を含む3Dプリントの発展に対する制約を打ち破ることが非常に重要だと語った。 3D 金属材料の割合は増加していますが、将来の市場では化学ポリマー材料が依然として主要な材料となるでしょう。わが国の3Dプリント原材料、例えば各種ポリマーは、関連する製品基準を欠いており、3Dプリント材料を生産できる国内企業は少なく、また、下流の応用市場はまだ十分に発達していないため、現段階では3Dプリント材料の生産コストが比較的高く、大規模生産は実現できません。

そのため、胡瑞平氏、王亜雄氏、趙維中氏などの業界専門家は、国と地方政府が政策支援を継続的に強化すべきだと提案した。まず、3Dプリント材料に関する政策研究を強化し、3Dプリント材料の開発を促進するための産業、財政、金融政策を適時に導入し、3Dプリント材料の開発のための良好なマクロ政策環境を構築します。これには、3Dプリント用の新素材を提供する化学企業に対する政府の政策および財政支援の強化、3Dプリント素材の開発、研究、製造を行う化学企業への税制優遇措置や財政補助金の提供、企業が素材の研究開発に積極的に取り組むことを奨励することなどが含まれます。
2つ目は、3Dプリント新化学物質の技術標準システムを確立・改善し、標準の技術レベルを向上させることです。新しい 3D プリント化学材料の品質テスト手順と方法を開発し、業界統一の品質標準システムを確立し、材料の安定性と信頼性を確保します。

第三に、新化学材料企業は市場主体の役割を果たして、3Dプリント新化学材料の研究開発と産業化を加速させるべきである。伝統的な化学新材料メーカーは、3Dプリント材料の研究開発と生産に積極的に参加し、3Dプリント化学材料の研究開発への投資を徐々に増やし、3Dプリント材料の生産規模を拡大する必要があります。同時に、企業は大学や研究機関との産学研究協力を強化し、3Dプリント化学材料の人材を育成する必要があります。

第4に、上流の材料、中流の3Dプリント設備、下流の製品など、さまざまなリンクでの交流と協力を強化することで、3Dプリントを推進し、一部の分野で段階的に大規模生産を実現します。 3Dプリンティングは、徐々に「材料-製造-設備-応用」の協調発展の完全な産業チェーン開発モデルを形成し、3Dプリンティングによる新化学材料の材料コストの削減と大規模生産の実現に役立ちます。

転載元：中国化学工業ニュース

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