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この記事では、華南理工大学機械自動車工学部の劉斌教授が、3D プリント技術の概念原理から開発のボトルネック、さらに従来の製造業の発展との関係まで、3D プリント技術について詳しく紹介しています。中国国民が3Dプリント技術の本質と存在する本質的な問題を十分に理解し、客観的、公平、冷静かつ十分に3Dプリント技術を理解できるようにする。
2012年以降、3Dプリント技術は新たな研究開発ブームを迎え、その人気は最初のブームをはるかに上回っています。この人気の時期に、3Dプリント技術の研究と応用が本格化し、女性や子供を含むほぼすべての人に3Dプリント技術の普及が知られるようになりました。華南理工大学機械自動車工学学院の劉斌教授が、3D プリント技術の権威ある解説を行い、人々が 3D プリント技術の本質と存在する本質的な問題を十分に理解し、3D プリント技術を客観的、公平、冷静かつ包括的に理解できるようにします。
この記事では、読者の利益のために、質疑応答形式を使用して、3D 印刷技術における 12 を超える重要な問題について考察し、回答します。
目次：
1. 3D プリント技術の定義は何ですか?
3Dプリント技術の原理
3Dプリント技術の主流プロセスの紹介
2. 3D プリント技術の利点と欠点は何ですか?
3Dプリント技術の利点
3Dプリント技術の欠点
3. 3D プリント技術が 1980 年代後半になってようやく商業化され始めたのはなぜですか?
4. なぜ材料が 3D プリント技術の中核となるのでしょうか?
3Dプリント材料の分類
3Dプリント材料の基本特性
5. 3Dプリントが大量生産に使えない理由
6. 3Dプリントが従来の製造プロセスに取って代わることができない理由
7. 3Dプリント技術が従来の製造業に取って代わることができない理由
8. 3D プリンティングが積層造形技術の 1 分野であるのはなぜですか?
9. 3D プリント技術のサービス市場が限られているのはなぜですか?
10. 3D プリント技術が再び人気を集めているのはなぜですか?
11. 3D プリント技術が「第 3 次産業革命」をもたらすと主張する人がいるのはなぜですか?
12. 3D プリント技術の主要技術とボトルネックは何ですか?
3Dプリント技術の主要技術
3Dプリンター開発のボトルネック
13. 3D プリント技術の開発方向と傾向は何ですか?
14. 3D プリント技術の実際の市場ポジショニングは何ですか?
15. 3D プリント技術と従来の製造技術との関係は何ですか?
1. 3D プリント技術とは何ですか?
1.1 定義
3Dプリンティング（Three Dimension Printing、略して3DP）技術は、連続した物理層を重ね合わせ、層ごとに材料を追加することで3次元エンティティを生成する技術を指します。従来の材料除去処理技術とは異なるため、積層製造または積層製造（Additive Manufacturing、略してAM）技術とも呼ばれ、以前はラピッドプロトタイピング（Rapid Prototyping、略してRP）技術と呼ばれていました。
3Dプリンティングは総合的な応用技術として、デジタルモデリング技術、精密機械、電気機械制御技術、情報技術、材料科学、化学など多くの方面における最先端の技術的知識を統合しており、高い科学技術内容を持っています。 3Dプリンターは3Dプリントの中核設備であり、機械、制御、コンピュータ技術を統合した複雑なメカトロニクスシステムです。主に高精度機械システム、CNCシステム、射出システム、成形環境などのサブシステムで構成されています。
狭義では、3Dプリント技術は主に付加成形技術を指します。成形プロセスの観点から見ると、3Dプリント技術は従来の成形方法を突破し、高速自動成形システムとコンピューターデータモデルを組み合わせ、従来の金型製造や機械加工を追加することなく、さまざまな複雑な形状のプロトタイプを作成できます。これにより、製品の設計と製造サイクルが大幅に短縮され、生産コストが大幅に削減されます。
1.2 3Dプリント技術の原理
3Dプリンティング技術[旧称ラピッドプロトタイピング、ラピッドプロトタイピング]は、1980年代後半に商業化が始まったハイテク製造技術です。英語名はRapid Prototyping（ラピッドプロトタイピング、ラピッドプロトタイピング、ラピッドプロトタイピング）、Freeform Manufacturing（フリーフォーム製造）、Additive Fabrication（付加製造）など様々で、RPと呼ばれることが多いです。この技術は、コンピュータ支援設計 (CAD)、コンピュータ支援製造 (CAM)、コンピュータ数値制御 (CNC)、レーザー、精密サーボドライブ、新素材などの高度な技術を統合したものです (図 1 を参照)。
図1 ラピッドプロトタイピング - 複数の先進技術の統合
3Dプリント技術の原理は、コンピュータ上で構築されたワークピースの3次元設計モデル（図2（a））に基づいて、それを層状に重ねてスライスし、各層セクションの2次元輪郭を得ることです（図2（b））。これらの輪郭に従って、成形ヘッドは、液体樹脂の層を選択的に固化（または紙の層、粉末材料の焼結層を切断、ホットメルト材料または接着剤の層をスプレーなど）して、さまざまな断面輪郭を形成し（図2（c））、それらを徐々に順次重ね合わせて3次元のワークピースにします（図2（d））。
図2 3D-2D-3D変換
3Dプリント技術は、従来の「除去」加工方法（ワークピースより大きいブランク上の材料を部分的に除去してワークピースを得る）を完全に排除し、新しい「成長」加工方法（層状の小さなブランクを徐々に積み重ねて大きなワークピースを形成し、複雑な3次元加工を単純な2次元加工の組み合わせに分解）を採用しています。そのため、従来の加工機械や金型を使用する必要がなく、従来の加工方法の10％～30％の工数と20％～35％のコストで製品サンプルや金型を直接製造できます（図3）。 3Dプリント技術は、その優れた利点により近年急速に発展し、現代の先進製造技術の柱となる技術となっており、コンカレントエンジニアリング（CE）を実現するには欠かせない手段となっています。
左（a）従来の処理、右（b）ラピッドプロトタイピング 図3 従来の処理とラピッドプロトタイピングの比較
1.3 3Dプリント技術の主流プロセスの紹介
3D プリント技術の主流のプロセスは次のように紹介されています。
（１）積層造形物製造（LOM）
これは最も古い 3D 印刷技術の 1 つであり、最も成熟した 3D 印刷技術の 1 つでもあります。
LOM テクノロジーは 1991 年の導入以来急速に発展してきました。このプロセスは、主に紙やPVCシートなどの薄い材料を使用するため、安価で成形精度が高いため広く注目されており、製品コンセプト設計の視覚化、スタイリング設計の評価、組み立て検査、インベストメント鋳造などに広く使用されています。成形原理を図4に示します。
図 4 積層体製造プロセスの概略図 積層体製造システムは、主にコンピュータ、数値制御システム、原材料の保管および輸送コンポーネント、熱接着およびプレスコンポーネント、レーザー切断システム、および昇降可能な作業台で構成されています。このうち、コンピュータは、成形されたワークピースの 3 次元モデル データ (主にモデルの高さ方向に沿って抽出された一連の断面プロファイル) を受信して保存する役割を担います。原材料貯蔵・搬送部品は、貯蔵されている原材料（底部に接着剤が付いた薄い層の材料）を徐々に作業台の上まで搬送します。レーザーカッターは、ワークピースの断面輪郭に沿って薄い材料層を切断します。昇降可能なワークテーブルは、形成されたワークピースを支え、各層が形成された後に材料の厚さを減らして、接着および切断する新しい材料層を供給します。最後に、ホットボンディングおよびプレス部品が、形成領域内の薄い材料層を層ごとに接着します。上記の手順は、ワークピースが完全に形成されるまで繰り返されます。
（２）光造形装置（SLA）
ステレオリソグラフィーとも呼ばれます。このプロセスは、1984 年に米国の Charles W. Hull 氏によって初めて提案され、米国特許を取得しました。これは、最も早く開発された 3D 印刷技術の 1 つです。チャールズ・W・ハルは特許を取得してから2年後に3D Systemsを設立し、1988年に世界初の商用3DプリンターSLA-250を発売しました。
SLA のプロセス消耗品は感光性樹脂です。 SLA プロセスでは、成形材料として感光性樹脂を使用します。コンピュータの制御下で、紫外線レーザーが液体感光性樹脂をスキャンし、樹脂を固化させて層ごとに形成します。 SLA プロセスでは、高精度の幾何学的ソリッド モデルをシンプルかつ完全に自動化された方法で作成できます。 SLA の基本原理を図 5 に示します。
図5 ステレオリソグラフィープロセスの概略図。図5では、まず液体タンクに液体感光性樹脂を充填します。コンピュータ制御の下、ヘリウムカドミウムレーザーまたはアルゴンイオンレーザーから放射される紫外線レーザービームが、ワークピースの層状断面データに従って、液体感光性樹脂の表面を線ごと、点ごとにスキャンします。これにより、スキャンされた領域の樹脂の薄層が重合反応を起こして固化し、ワークピースの薄層が形成されます。樹脂の層が硬化すると、ワークベンチは層の厚さ分下に移動し、以前に硬化した樹脂の表面に新しい液体樹脂の層を塗布します。スクレーパーは、粘度の高い樹脂の表面を平らにしてから、次の層のレーザースキャンと硬化を実行します。
新しく硬化した層は前の層にしっかりと結合し、このプロセスはワークピース全体が積み重ねられるまで繰り返され、最終的に完全な 3 次元モデルが得られます。
ワークピースが完全に形成されたら、ワークピースを取り出し、余分な樹脂を洗浄する必要があります。次に、サポート構造を取り外し、最後にワークピースを UV ランプの下に置いて二次硬化させる必要があります。
（３）熱溶解積層法（FDM）
これは、LOM プロセスと SLA プロセスを経て開発された 3D 印刷技術です。
この技術は、後にストラタシスを設立したスコット・クランプ氏によって 1988 年に発明されました。 1992 年、Stratasys は FDM テクノロジーをベースにした世界初の 3D プリンターである 3D Modeler を発売しました。これにより、FDM テクノロジーが商業段階に参入しました。
熱溶解積層法はフィラメント積層法とも呼ばれます。糸状のホットメルト材料を加熱して溶かし、細いノズルの付いた高温ノズルから押し出します。ホットノズルはX方向とY方向に移動でき、ワークベンチはZ方向に移動します。溶融したワイヤが押し出された後、すぐに前の材料層と結合します。材料の層が堆積された後、テーブルは所定の増分だけ下降し、ワークピースが完全に形成されるまで上記の手順が繰り返されます。その原理を図6に示します。
ホットメルトフィラメント（通常はABSやPLAなどの熱可塑性材料）は、まずフィードローラーに巻き付けられ、フィードローラーはステッピングモーターによって回転します。フィラメントは、アクティブローラーと従動ローラーの間の摩擦によって、ホットプリントヘッドのノズルに送られます。フィードローラーとホットノズルの間にはガイドスリーブがあり、ガイドスリーブは低摩擦材料で作られているため、ワイヤ材料がフィードローラーからホットノズルの内部空洞にスムーズかつ正確に送られます。ホットノズルの上には抵抗線ヒーターがあり、ヒーターの作用により線材が溶融状態まで加熱され、溶融した材料がホットノズルから作業台に押し出されます。材料が冷却されると、ワークピースの断面が形成されます。
図 6 熱溶解積層法の原理 FDM プロセスを使用して吊り下げ構造を持つワークピースのプロトタイプを作成する場合は、支持構造を作成する必要があります。材料コストを節約し、成形効率を向上させるために、新しい FDM 装置はデュアルノズル設計を採用しており、1 つのノズルが成形材料の押し出しを担当し、もう 1 つのノズルがサポート材料の押し出しを担当します。
一般的に、成形に使用される材料フィラメントは比較的細く、高価で、堆積効率が低く、サポートの製造に使用される材料フィラメントは比較的太く、安価ですが、堆積効率が高くなります。サポート材料は、一般的に水溶性材料、または成形材料よりも融点が低い材料であり、これにより、サポート構造は、後の処理中に物理的または化学的手段によって簡単に除去できます。
（４）選択的レーザー焼結（SLS）
このプロセスは、1989 年にテキサス大学オースティン校の C.R. Dechard 氏が修士論文で初めて提案しました。その後、C.R. Dechard 氏は DTM を設立し、1992 年に SLS 技術に基づく産業グレードの商用 3D プリンターである Sinterstation をリリースしました。
SLS プロセスでは粉末状の材料を使用します。コンピューター制御により、レーザーをスキャンして粉末を照射し、材料の焼結と結合を実現し、材料を層ごとに積み重ねて成形します。 SLSの成形原理を図7に示します。
図 7 選択的レーザー焼結の原理 選択的レーザー焼結プロセスは、まず加圧ローラーを使用して成形されたワークピースの上面に粉末の層を広げ、CNC システムがレーザービームを制御して、層の断面輪郭に従って粉末層をスキャンして照射し、粉末の温度が融点まで上昇して、下部の成形部品と焼結して結合するようにします。断面の 1 層が焼結されると、ワークベンチは 1 層の厚さを下げ、次に加圧ローラーがその上に粉末の層を均等に広げ、断面の新たな層の焼結を開始します。この操作は、ワークピースが完全に形成されるまで繰り返されます。
成形プロセス中、未焼結粉末がモデルのキャビティとカンチレバーをサポートします。そのため、SLS 成形中にサポート構造は必要ありません。 SLS プロセスで使用される材料には、パラフィン、ポリカーボネート、ナイロン、セラミックなどの材料に加えて、金属材料も使用できます。
（５）３次元印刷（３DP）
このプロセスは、1993 年にマサチューセッツ工科大学のエマニュエル・サックス教授によって発明されました。
3DPの動作原理はインクジェットプリンターの動作原理に似ており、「3Dプリント」の概念に最も適した成形技術の1つです。 3DP プロセスは、セラミック粉末、金属粉末、プラスチック粉末などの粉末材料を使用するという点で SLS プロセスに似ています。ただし、3DP で使用される粉末はレーザー焼結によって結合されるのではなく、ノズルから接着剤をスプレーしてワークピースの断面を「印刷」し、層ごとに積み重ねて形状を形成するという点が異なります。 3DPの技術的原理を図8に示します。
図8 3Dプリントの技術原理の概略図。まず、作業タンク内の作業台に指定された厚さの粉末層を広げます。次に、ノズルが液体接着剤を粉末層上の指定された領域に一定の経路に沿って噴霧し、断面を形成します。その後、上記の手順を繰り返してワークピースが完全に形成され、モデル上の余分な粉末材料を取り除くことができます。
3DP 技術は成形速度が非常に速く、複雑な構造のワークピースの製造に適しており、複合材料や不均質材料で作られた部品の製造にも適しています。
（6）ポリジェット
このプロセスは、イスラエルの Objet 社が 2000 年初頭に発表した特許技術です。
PolyJet 技術も、現在最も先進的な 3D 印刷技術の 1 つです。成形原理は 3DP と似ていますが、接着剤の代わりにポリマー材料をスプレーします。 PolyJet ポリマー注入システムの構造を図 9 に示します。 PolyJet プリント ヘッドは、X 軸に沿って前後に移動します。プリント ヘッドがインクの代わりに感光性ポリマーをスプレーする点を除けば、動作原理はインクジェット プリンターと非常に似ています。
図 9 PolyJet ポリマー注入システムの構造 感光性ポリマー材料が作業台に注入されると、UV ランプがノズルの動作方向に沿って UV 光を放射し、感光性ポリマー材料を硬化させます。 1 つの層のジェット印刷と硬化が完了すると、ワークベンチは成形層の厚さを正確に落とし、ノズルは感光性ポリマー材料をスプレーし続け、次の層の印刷と硬化を行います。ワークピース全体が印刷されるまで、この作業は層ごとに続けられます。ワークピースの成形工程では、実際のモデルを成形するための感光性樹脂材料と、サポート樹脂材料を作成するための感光性樹脂材料の 2 種類が使用されます。印刷プロセス全体が完了すると、サポート材料が除去されます。このプロセスを図 10 と 11 に示します。
図10 ポリジェットポリマー注入システムを使用した人間の足関節の製造プロセス 図11 ポリジェットポリマー注入システムを使用した人間の足関節の製造の実際の写真
3Dプリント技術には、上記の6つの一般的なプロセスに加えて、市場にはさまざまなタイプの成形プロセスもあります。ただし、成形原理はすべて「階層化製造と層ごとの積み重ね」という離散製造の考え方に基づいているため、ここでは詳細には触れません。興味のある読者は関連情報を参照してください。
2. 3D プリント技術の利点と欠点は何ですか?
2.1 3Dプリント技術の利点
（１）材料を保存する。スクラップを廃棄する必要がないため、材料の利用率が向上し、生産ラインを放棄することでコストが削減されます。
（２）高精度、高複雑度を実現でき、従来の方法では生産できない非常に複雑な部品を生産できる。
（３）あらゆる形状の３D CADグラフィックスを物理的な製品に直接変換するために、従来のツール、固定具、工作機械、金型は必要ありません。
（4）コンピュータ内の3D設計を自動的、迅速、直接的かつ比較的正確に物理モデルに変換し、部品や金型を直接製造することもできるため、製品開発サイクルを効果的に短縮できます。
（５）３Ｄプリンティングは集中化された固定された製造工場を必要とせず、分散生産の特徴を有する。
（6）3Dプリントは数時間で形成できるため、設計者や開発者は計画から実体へと飛躍することができます。
（７）組み立て済み製品を印刷できるため、組み立てコストを大幅に削減し、大量生産方法にも挑戦できます。
2.2 3Dプリント技術の欠点
（１）コストが高い、労働時間が長いなどの弱点がある
3D プリントはまだ比較的高価な技術です。積層造形に使用する材料の研究開発が難しく、使用量も少ないため、3Dプリントの製造コストが高く、製造効率も低い。
現在、我が国では3Dプリント技術は主に新製品の研究開発に使用されていますが、製造コストが高く、製造効率が低く、製造精度が十分ではありません。現時点では、3D プリンティングは従来の製造業に取って代わることはできません。今後の製造業の発展においては、「引き算型の製造業が依然として主流」となるでしょう。
（２）大規模生産にはまだ優位性がない
3Dプリンティング技術は分散生産の利点がある反面、大規模生産には利点がありません。現在、3Dプリント技術は従来の製造業に取って代わる条件を備えておらず、大規模・大量生産という点では、効率的で低コストな従来の減算型製造方法の方が優れています。
今のところ、3D プリンティングが生産方法として大量生産に取って代わる可能性は低いようです。言うまでもなく、3D プリント技術は、自動車のような複雑な混合材料製品を直接生産できる状態にはまだありません。将来、技術が大きく進歩したとしても、自動車を完全にプリントするには数か月かかり、そのコストは自動車を大量生産する場合の 1 台あたりのコストよりもはるかに高くなります。
そのため、要求が厳しく厳しい製品の場合、「パーソナライゼーションとカスタマイズ」に重点を置いた 3D プリント生産方式よりも、規模の経済性の利点を生かした大規模生産の方が依然として経済的です。
（３）印刷物の制限
3D プリント技術の限界とボトルネックは、主に材料に反映されます。現在、印刷材料は主にプラスチック、樹脂、石膏、セラミック、砂、金属であり、3Dプリントに使用できる材料は非常に限られています。
3D プリント用途向けに多くの均質材料および異質材料が開発されていますが、新しい材料を開発する必要性が依然として存在しており、いくつかの新しい材料が研究開発中です。この要求には 2 つのレベルがあります。まず、これまで適用されてきた材料、プロセス、構造、特性の関係を詳細に研究し、その利点と限界を明らかにする必要があります。次に、利用可能な材料の範囲を拡大するために、新しいテスト プロセスと方法を開発する必要があります。
（4）正確性と品質の問題
3Dプリント技術の本来の成形原理と発展はまだ不完全であるため、プリントされた部品の精度（寸法精度、形状精度、表面粗さなど）、物理的特性（強度、剛性、耐疲労性など）、化学的特性は、実際のエンジニアリング使用要件を満たすことができないことがほとんどです。機能部品として使用できず、プロトタイプとしてしか使用できないため、その用途は大幅に縮小されます。
さらに、3Dプリントは「層状製造と層ごとの積み重ね」という付加製造プロセスを採用しているため、層がどれだけしっかりと結合されていても、全体としては従来の金型で鋳造された部品と比較することはできません。部品の材料の微細構造と構造が部品の性能を決定します。
3. 3D プリント技術が商用機器に登場し始めたのはなぜですか?
3Dプリント技術の核となるアイデアは米国で生まれました。ジェブランサーは 1892 年に早くも特許の中で、層状製造法を使用して 3 次元地形図を作成することを提案しました。 1902 年、カルロ・バエゼの特許では、感光性ポリマーを使用してプラスチック部品を製造する原理が提案されました。 1904 年、ペレラは厚紙に等高線を切り、それを接着して立体的な地形図を作成する方法を提案しました (図 12 を参照)。 1950 年代以降、3D プリンティングに関連する特許が数百件登場しています。
図 12. 3D プリントを使用して作成された 3 次元地形図。現代の 3D プリント技術の出現は 1980 年代半ばから後半に始まりました。それ以来、3Dプリント技術は根本的に発展し、より多くの特許が登場しました。たとえば、ハルは 1986 年にステレオリソグラフィー (SLA) を発明し、フェイギンは 1988 年に積層造形法を発明し、デッカードは 1989 年に粉末材料の選択的レーザー焼結法 (SLS) を発明し、クランプは 1992 年に熱溶解積層法 (FDM) を発明し、サックスは 1993 年に MIT で 3D プリントを発明しました。
さまざまな3Dプリント特許技術が継続的に発明されるとともに、対応する生産設備も次々と開発されてきました。たとえば、1988年にアメリカの3D Systems社は、ハルの特許に基づいて世界初の最新式3D印刷装置であるSLA-250（ステレオリソグラフィーマシン）を製造し、3D印刷技術の発展に新たな時代を開きました。その後数年間で、3D プリント技術は発展し、10 を超える新しいプロセスとそれに対応する 3D プリント装置が登場しました。
では、なぜ 3D プリント技術が商用機器に登場し始めたのは 1980 年代後半になってからだったのでしょうか?この記事の著者は、主に次の 2 つの理由があると考えています。
（１）３Ｄ ＣＡＤソフトウェアに関するもの。 3D プリント技術は階層化製造の原理を採用しているため、製造された部品の各層の断面データのソースは非常に重要です。 3D CAD ソフトウェアが成熟して初めて、製造された部品の任意の断面のデータを簡単に、便利に、迅速に、任意に取得できるようになります。そのため、成熟した 3D CAD ソフトウェアが 3D 印刷技術のデータ サポートを提供するようになったのは、1980 年代後半になってからでした。
（２）関連資料に関すること。 3D プリント技術は「層状製造と層ごとの積み重ね」という製造原理を採用しているため、3D プリント材料の性能は「各層の製造時の材料結合効果と層間の材料結合効果」の要件を満たし、印刷および成形プロセスと互換性がなければなりません。
4. なぜ材料が 3D プリント技術の中核となるのでしょうか?
3D プリント技術は学際的なクロステクノロジーであり、印刷材料がこの技術の中核となります。材料の出現は、3D プリント成形プロセス、装置構造、成形部品の性能を直接的に決定します。 1988 年のステレオリソグラフィー (SLA) 技術の登場から今日の 3D 印刷に至るまで、すべては新しい材料の登場によって引き起こされました。たとえば、液体感光性樹脂は SLA プロセスと装置を決定し、薄層材料は LOM プロセスと装置を決定し、フィラメント材料は FDM プロセスと装置を決定します。材料の物理的形状、化学的性質などの違いにより、現在では 3D プリント材料にはさまざまな種類があり、3D プリントの成形方法も異なります。
過去数十年にわたる 3D プリント技術の発展において、新しい材料は 3D プリント技術の重要な原動力となってきました。 3Dプリント技術に携わる世界中の企業や大学では、より幅広い用途とより簡単な印刷を実現する新しい素材の開発を積極的に進めています。
4.1 3Dプリント材料の分類
（１）物質の化学的性質による分類
現在、3D プリントに使用される成形材料には主に 4 つのカテゴリがあります。
1) 液状感光性樹脂材料、プラスチック（ABS、ナイロン、PLAなど）のワイヤー、粉末、シートなどのポリマー材料。
2) パラフィン、石膏粉、セラミック粉、砂などの無機材料。
3) 合金金属粉末、金属板等の金属材料。
4) 生体材料、複合材料等
（２）材料の物理的状態と形状による分類 現在、3Dプリントに用いられる成形材料には主に4つの種類がある。
1) 液状材料：感光性樹脂等
2) 固体粉末材料：ワックス粉末、プラスチック粉末、コーティングされたセラミック粉末などの非金属粉末、ステンレス鋼粉末、チタン粉末などの金属粉末。
3) 固体シート材料：紙、プラスチック、金属など。
4) ワックスフィラメント、ABSフィラメント、PLAフィラメントなどの固体フィラメント材料。
図 13 は、一般的に使用される 3D プリント材料をいくつか示しています。
(a) プラスチック粉末 (b) 金属粉末 (c) ワイヤー 図13 3Dプリントによく使われる材料
4.2 3Dプリント材料の基本特性
（１）３Dプリンティングにおける材料特性の一般的な要件
1) 試作品部品の迅速かつ正確な印刷に役立ちます。
2) 印刷された部品は最終的な性能要件に近いものでなければなりません。
3) 強度、剛性、耐湿性、熱安定性などの要件を可能な限り満たす必要があります。
4) その後の処理に役立つものでなければなりません。
（２）用途目的に応じた材料特性の要件
3D プリント部品の 4 つの応用目標は、概念部品、テスト部品、金型部品、機能部品です。用途ターゲットが異なれば、成形材料に対する要件も異なります。
1) 概念的な部分。材料の成形精度や物理的・化学的性質に対する要求は高くなく、主な要求は成形速度が速いことです。
2) テスト部品。試験要件を満たすために、成形後の強度、剛性、耐熱性、耐腐食性などに対して一定の要件があります。組み立てテストに使用する場合、成形部品は一定の精度要件を満たす必要があります。
3) 金型型部品。材料は、強度、硬度など、特定の金型製造要件に適合する必要があります。
4) 機能部品。印刷された部品が通常のエンジニアリング使用要件を満たす特定のサービス特性を持つように、材料には特定の機械的および化学的特性が必要です。
5. 3D プリントはなぜ大量生産に使用できないのでしょうか?
3D プリント技術は、従来の製造技術を置き換える効果はほとんどありません。 3D プリントは、一部の製品の小ロット生産や金型生産では利点がありますが、大規模生産では (図 14 に示すように)、3D プリントの速度とコストは従来の製造方法と比較できません。
図 14 射出成形工場での大量生産 さらに、3D プリント材料の種類が単一でコストが高いため、価格にあまり敏感でない製品に限定され、市場の適用分野が限られています。
もちろん、3Dプリント技術の魅力は否定できません。複雑なプロセスや巨大な工作機械、大勢の人材を必要とせず、コンピューターの3次元グラフィックデータから物理的な部品を直接生成できるため、生産や製造をより幅広い人々に広げることができます。したがって、「適切な材料がある限り、3Dプリンターは将来特定の製造業ではなく、すべての製造業に取って代わる」と楽観的に予測できます。
ただし、従来の製造プロセスと比較して、3D印刷効率は依然として非常に低く、コストは依然として非常に高くなっています。さらに、印刷効率と印刷品質も負の相関を示しています。印刷精度が非常に高い場合、印刷速度は遅くなり、効率が非常に低くなります。このような印刷特性に基づいて、3D印刷はシングルピースのパーソナライズされた製品の生産にのみ使用でき、大規模製品の生産には使用できません（図14を参照）。産業企業の大規模な生産である場合、最も費用対効果の高い金型生産を選択する必要があります。
3D印刷に関しては、最も物議を醸す問題は、それが生産モデルの変化を引き起こすかどうかです。たとえば、複雑な製品の設計は、コンピューターの3次元データモデルに変わり、一般の人々によって完了する必要はありませんが、このようにして物理的な製品を生産するためにコンピューターを操作する必要があります。この点で、一部の専門家は、3D印刷によって生産できる製品は実際にはまだ限られており、従来の集中生産を通じて実行する必要がある大規模生産のレベルに到達できないことを指摘しました。ただし、使用される頻度で使用される一部のコンポーネントまたは部品の場合、3Dプリントがより良い方法でなければなりません。したがって、3D印刷の役割は、大量製造よりもパーソナライズされた生産（図15に示すように）に関するものです。 3D印刷の出現が従来の製造プロセスを否定するとは思わないでください。大規模な製造、鋳造、鍛造、ダイの形成はかけがえのないものです。品質と安定性は言うまでもなく、コストで競争することはできません。したがって、この段階では、特定の特定の状況で3D印刷が使用され、大量生産には使用できません。
図15 3D印刷技術を使用して生産されたパーソナライズされた製品
6.なぜ3D印刷は従来の製造プロセスに取って代わることができないのですか？
通常、製造業、特に金属製造業は、減算プロセスを採用しています。つまり、ワークピースは、ターン、ミリング、プレーニング、研削、掘削などの金属切断プロセスを通じて製造されます（図16を参照）、3D印刷は追加プロセスを採用します。 3D印刷と従来の処理技術の違いは、この「増加と減少」に反映されています。
図16従来の製造プロセス
3D印刷の独自の利点は、この添加物プロセスにも反映されています。たとえば、原材料のほぼ100％を利用して、従来のプロセスでは達成できない特別な構造を備えた製品を製造することができます。実際、3D印刷技術のこれらの優れた機能は、従来の製造プロセスで達成することが間違いなく困難です。 3Dプリンターにこれらの特性がある場合、それは間違いなく、従来の製造プロセス、または破壊的な変化に強い影響をもたらすでしょう。
ただし、大規模な製造における3Dプリンティングの経済学の重要なメトリックは、しばしばこれまで逃げられています。たとえば、飛行機の窓サンプルを作成する場合、3Dプリントのコストは、従来の金型の10分の1であり、多くの金型の時間を節約します。ただし、航空機の高いR＆Dコストは大量生産によって希釈されており、この数は10を超えるはずであり、従来の処理方法の利点が明らかになります。たとえば、第二次世界大戦中に有名な海洋貨物は、テクノロジーと管理レベルの改善により、最初の244日間から42日間の成績を上げました。
同時に、3D印刷機器とテクノロジーの間の緊密な結合にも注意を払う必要があります。つまり、3D印刷機器を汎用デバイスにするのは困難です。これは、対応する印刷ヘッドまたはプリンターでさえ、異なる印刷材料に従って交換する必要があるプラスチック融合堆積成形プロセスでより顕著です。この非普遍的な特徴は、3D印刷の分散型製造の性質を弱体化させます。 3Dプリンティングが十分な製造分野で従来の製造プロセスを置き換えることができない場合、3Dプリンティングテクノロジーが従来の製造業全体を破壊すると言うことに注意する必要があります。
実際、3Dプリンティングは従来の製造プロセスを完全に置き換えることはできないため、産業用の観点から、従来の製造技術と3D印刷技術は、異なる製造分野または異なる製品製造において単なるものである必要があります。
7.なぜ3D印刷技術が従来の製造業に取って代わることができないのですか？
従来の製造業では、カビの開口部は非常に厄介な作業であり、時間がかかり、困難で費用がかかります。 3D印刷技術の利点は、製品設計（モデル設計）に正確にあります。設計できる複雑なパーソナライズされた製品は、3Dプリントテクノロジーを通じて印刷したり、直接生産されたりすることさえできます。
3Dプリンティングテクノロジーは、コスト会計、材料の制約、生産効率、プロセスレベル、製品パフォーマンスなどの要因の包括的な比較から、必要なさまざまな製品を印刷できますが、3Dプリンティングは従来の生産方法を置き換えることはできません。
3D印刷の中心的な重要性は、2つの側面に反映されています。
第一に、従来の生産方法では生産できないパーソナライズされた複雑で困難な製品は、3D印刷技術を通じて直接製造できます。
第二に、従来の方法は生産に使用できますが、投資コストが高すぎて、サイクルが長すぎます。
3D印刷は、従来の技術が解決できない技術的な問題を解決することができ、従来の製造業の変換、アップグレード、構造調整においてプラスの役割を果たすことができます（図17を参照）。
図17の3D印刷は、鋳造技術と組み合わせて、エンジン部品をすばやく鋳造しています。同時に、3D印刷技術は、原材料、精度、プロセスの安定性など、多くの側面で依然としてボトルネックに直面しています。したがって、3D印刷技術が従来の製造に取って代わることは現実的ではありません。従来の生産方法の大きな変化としての3D印刷技術は、従来の生産方法の有益な補足です。
「3D印刷技術は従来の製造業に完全に置き換わる」という見解を促進することは、科学的でも実用的でもありません。主な理由は、私たちが私たちの生活に必要とする商品は機能的であり、機能的な商品は異なる材料で作られていることです。生産と生活には多くの種類の商品が必要ですが、すべての家族が工場になり、多くの種類の材料を購入することは不可能です。私たちが自分自身を必要とするすべてを印刷して製造すると、第一に、ショッピングモールで購入した同様の製品よりもはるかに高くなります。
8.なぜ3D印刷は、添加剤製造技術の支店にすぎないのですか？
Additive Manufacturing（AM）テクノロジーは、物理的な部品を作るために徐々に材料を追加する方法を使用する技術です。これは、「追加」の製造方法です。
過去20年間で、AMテクノロジーは急速な発展を達成しており、「迅速なプロトタイピング」、「3D印刷」、「SolidFree-Formformication」などのさまざまな名前がこのテクノロジーの特性をさまざまな側面から表現しています。
1980年代半ばから後半に生まれたRapidプロトタイピング（RP）は、物質的な蓄積に基づいた新しい成形技術であり、過去20年間の製造分野での大きな成果と考えられています。特定の機能を備えた設計アイデアをプロトタイプに自動的に、迅速に、正確に変換したり、部品を直接製造したりすることができ、パーツプロトタイプの生成と新しいデザインのアイデアの検証のための効率的で低コストの実装方法を提供できます。
現在、国内のメディア、専門家、学者は、より鮮明で鮮明に見える迅速な成形技術「3D印刷」または「3次元印刷」を呼び出すことに慣れていますが、実際には「3Dプリント」または「3次元印刷」は、迅速な成形の枝であり、迅速な成形プロセスの一部のみを表すことができます（図18に示すように）。
図18添加剤の範囲米国材料とテスト協会（ASTM）F42国際委員会は、添加剤の印刷と3D印刷の明確な概念定義を持っています。 3D印刷は、プリントヘッド、ノズル、またはその他の印刷技術を使用して、オブジェクトを作成するためのテクノロジーを指します。
設計データに基づいた広範な原則から、材料（液体、粉末、ワイヤー、またはブロックを含む）を固体構造に自動的に追加する製造方法は、添加剤の製造技術と見なすことができます。
9.なぜ3Dプリントテクノロジーのサービス市場が限られているのですか？
添加剤の製造市場全体は、バリューチェーンに従って、機器、材料、サービスの3つのカテゴリに分けることができます。
2012年には、機器のハードウェア、ソフトウェア、システムの更新、アフターセールスサポートなど、市場市場が4億2,000万米ドルであることを含め、市場容量の約28％を占める大部分を占める6億2,000万米ドルでした。
関連データによると、図19は、さまざまな国の3D印刷機器業界の統計と設置を示しています。 2012年、中国の3D印刷業界は約3億元の出力値を達成し、世界中で約100億元の出力値を獲得しました。中国3D印刷技術産業アライアンスは、2013年に中国の3D印刷業界の生産価値が10億元を超え、中国が将来世界最大の3D印刷技術市場になることを明らかにしました。
図19さまざまな国の3D印刷機器業界と設置の統計（1988-2012）
実際、3Dプリンティング市場は長期的な容量に限られており、世界の総生産量は長期にわたって約10億米ドルを握っています。 Wallers Tongrenによると、3D印刷製品とサービスからの世界的な収益は、2019年までに69億米ドルに達し、そのうち部品製造業は80％を占めると予想されています。この観点から、3D印刷業界の開発にはまだ長い道のりがあります。
3D印刷は、比較的短い時間で物理的なサンプルを生成する可能性があり、その効率は従来の産業処理方法よりも高く、製品のプロトタイプの急速な開発に適しています。設計コストを除くコスト曲線の観点から見ると、その生産コストは水平線に近くなります。従来の製造方法は初期段階で多くの投資を行っていますが、出力の増加とともにそのコストはすぐに平らになります。そのため、コスト曲線は左側と右側の低いです。この単純な現実は、3D印刷と従来の製造には独自の価格の利点があることを決定します。生産量が一定の制限を下回っている場合にのみ、3D印刷にはコストと時間の利点があります。これは商業的価値です。
現在、国内市場で購入した3Dプリンターの主要なグループは、主に商業輸送、航空宇宙、電子消費財、教育、文化的および創造的、医療、靴屋、家電製品、その他の産業などの産業顧客に集中しています。
図20アプリケーション領域と3D印刷のシェア
3Dプリンターのポジショニングは、常にR＆D機器であり、新製品開発のフロントエンドで使用され、ハンドボードモデルの作成に使用されています。したがって、市場に設置された顧客の90％以上が現在、産業（商業）の顧客です。民間人の顧客（個人3Dプリンターの顧客とホーム3Dプリンターの顧客）の数は増加していますが、設置能力はまだ非常に少ないです。
さらに、3次元の印刷材料と固有のプロセス原則の制限により、特に精度、機械的特性などは非常に限られています。したがって、3次元印刷技術のサービス市場はまだ制限されています。たとえば、金属部品が従来のエンジニアリング部品（ギア、クランクシャフト、ハンドルなど）であり、従来の製造プロセスで処理できる場合、この金属部品を製造するために3次元印刷を使用して、処理コスト、生産効率、部品の精度、部品パフォーマンスなど、金属部品を必要とします部品など）特定の実用的な生産の重要性と生産上の利点を持つこと。
10.なぜ3Dプリンティングテクノロジーが新しいラウンドの高温エネルギーなのですか？
早くも20年または30年前、3D印刷技術は樹脂、プラスチック、石膏、その他の材料を使用して3次元製品を作ることができました。近年、3Dプリントによって処理できる材料の範囲は、金属および生物医学材料に拡大し、数十年前に利用可能なプロセス技術の成功した再結合、情報技術を組み合わせて、表面工学や添加剤のためのレーザーと電子ビームを使用して、情報技術を組み合わせて組み合わせています。さらに、3D印刷技術は、レーザー、ガルバノメーター、サーマルノズル、電子銃などの主要なコンポーネントの品質を継続的に改善するため、より成熟しています。 2012年、オバマ大統領は、アメリカの製造業を活性化するための新しい動きの実施を発表し、同時に3Dプリンティングイノベーション研究所を設立しました。
この流行に急いでいる中国では、3Dプリンティングは「政府が傷つけない、市場が愛していない」という鈍い傾向を変え、政府、産業、学界、資本市場などのすべての関係者のお気に入りになりました。人々は、「小さなバッチとパーソナライズ」は、富、信じられないほどの伝説、破壊的な転覆の急速な蓄積を表していると信じ始めました。楽観主義者は、将来的には、当社のカビ製造業、工作機械産業、玩具産業、軽い工業製品産業がすべて排除され、3Dプリンターが交換され、新しいラウンドのホット3D印刷技術が生まれると述べました。
11.なぜ一部の人々は、3D印刷技術が「第三産業革命」をもたらすことができると言うのですか？
3D印刷は、図21に示すように、蒸気エンジンや電気に匹敵する3Dプリンターを3Dプリンターと見なす人もいます。
図21 3つの産業革命は、従来の製造、生産プロセス、3D印刷の人件費と比較して明らかです。操作に関しては、従来の製造プロセスは、原材料の切断、スプライシング、接続によって行われ、3D印刷はソフトウェア設計によって作成され、材料層を層ごとに積み重ねて製品を作成します。 3Dプリンティングは、材料を層ごとに積み重ねる代わりに、材料を積み重ねる代わりに、複雑なプラスチック製品、金属部品、および合金コンポーネントを作成します。
製造モデルの観点からは、過去には大量生産ラインの生産でしたが、将来的には、製品の発売時間が短くなり、大量の部品や大量生産を在庫する必要がなくなり、よりパーソナライズされたカスタマイズ生産である可能性があります。
3D印刷は、ますます要求の厳しいパーソナライズされた消費者のニーズに適応します。従来の大量製造と生産は、食品、衣類、住宅、輸送、エンターテイメントなどのほとんどすべての消費者製品を提供できますが、これらの製品は標準化されており、比較的均一であり、パーソナライズの点で人々の増大するニーズを満たすことができなくなります。手作業で生産されたパーソナライズされたものは、優れた品質と豊かな意味合いを備えた本物ですが、3D印刷技術に時間がかかりますが、パーソナライズされた製品に対する欲求を満たすことができます（市場で特定の製品を購入できない場合、3Dプリンターはあなたの希望を満たすかもしれません）。
生産コストの観点から、3Dプリンティングは、機械的処理や金型を使用せずにコンピューターの3次元グラフィックから直接物理的な部品を生成できます。さらに、3Dプリンティングは、熟練した労働者が織機を監視するように大いに解放されましたが、労働効率は数回または数十回です。
上記の特性のため、3D印刷は、高度な製造技術と生産方法の変化の産物であると考えられています。
現在、インテリジェントソフトウェア、新しい材料、ロボット、新しい製造方法（3Dプリントなど）、ネットワークベースのビジネスサービスモデルの5つの主要な要素は、デジタル化の方向における製造の開発を共同で促進しており、第3産業革命を導いています。
このため、米国政府は主導権を握り、3D印刷を武器に取り入れ、産業革命の新しいラウンドのリーダーになろうとし、グローバル産業の指揮官を占領し続けました。
12. 3D印刷技術の重要なテクノロジーとボトルネックは何ですか？
12.1 3D印刷技術の重要なテクノロジー
3D印刷技術の主要なテクノロジーは、主に次の側面を含む、複数の分野の最先端のテクノロジーに依存する必要があります。
（1）材料科学。つまり、3Dプリントに使用される原材料は比較的特別であり、液化、粉末、絹のような絹などでなければならず、印刷後に再結合することができ、適格な精度（寸法精度、形状の精度、表面粗さなど）、物理的特性、化学的特性。 3D印刷後の部品のパフォーマンスは、材料の微細構造と構造によって決定されるため、材料は3D印刷技術の鍵とコアです。
（2）情報技術。つまり、デザイナーが製品の3次元デジタルモデルを生産するのを支援し、モデルに応じて印刷プロセスを自動的に分析し、色情報、レイヤー化された断面情報など、特定の処理速度などの3次元印刷機器のすべての印刷処理データを自動的に制御するために、高度な設計ソフトウェアとデジタルツールが必要です。
（3）精密機械とコンポーネント。 3D印刷技術は、製品の生産が必要であるため、「各レイヤーの重ね」を使用し、さらに、3次元の印刷機器を構成する主要なコンポーネントとコンポーネントの精度、速度、サービス寿命、および信頼性のために、より高い要件が必要です。
客観的に言えば、3D印刷技術はまだ学際的なハイテクとして成熟していませんが、完全なコアテクノロジーを習得するために、さまざまな関連分野での大量のR＆Dの取り組みが必要です。
3Dプリンターの開発における12.2ボトルネック
（1）価格要因
ほとんどのデスクトップグレードの3Dプリンターは、最近約10,000元の価格で、3,000元以上の国内のデスクトップグレードの3Dプリンターを販売できます。デスクトップ 3D プリンターはプラスチック製品しか印刷できないため、使用範囲が非常に限られています。さらに、家庭ユーザーにとって、3D プリンターの使用コストは依然として非常に高く、オブジェクトを印刷する前に、3D モデリングを理解し、データを 3D プリンターが読み取れる形式に変換し、最終的に印刷する必要があるためです。
産業用 3D プリンターの価格はまだ比較的高く、印刷された部品は精度、物理的特性、化学的特性の面で実際の機能部品とはまだ一定のギャップがあります。
（２）原材料
3Dプリントは難しい技術ではありません。通常の印刷との違いは、印刷する材料にあります。
イスラエルのオブジェクト社は、最も多くの印刷材料を保有している企業です。同社はすでに10種類以上の基本材料を使用し、これらをベースに100種類以上の材料を組み合わせることができます。しかし、これらの物質の種類は、私たちが住む世界の物質とはまだまだかけ離れています。それだけでなく、これらの材料の価格は1キログラムあたり数百元から、最も高価なもので4万元程度までの範囲です。
また、金属3Dプリントやバイオメディカル3Dプリントでは、使用できる原材料の種類がさらに少なく、原材料の価格も比較的高価です。
（3）社会的リスクコスト
核反応が電気を生み出すと同時に破壊を引き起こすのと同じです。 3Dプリント技術は、その初期段階で人々に一連の隠れた懸念を抱かせており、その将来の発展もまた多くの人々を不安にさせるだろう。すべてを正確にコピーでき、考えられるあらゆるものを作成できるとしたら、それは美しいように聞こえますが、非常に恐ろしいことでもあります。
（4）3Dプリントのパラドックス
3D プリントでは、レイヤーごとにオブジェクトを作成します。オブジェクトをより精巧にしたい場合は、各レイヤーの厚さを減らす必要があります。印刷速度を上げたい場合は、レイヤーの厚さを増やす必要があります。これらは必然的に製品の精度と品質に影響を与えます。同じ精度の製品を生産する場合、特に時間コストと規模コストを考慮すると、3D プリントには従来の大規模な工業生産に比べてコスト上の利点はありません。
（5）業界全体に標準はなく、産業チェーンを形成することは困難です
現在、3Dプリンターメーカーは、戦争の時代のように咲いています。 3D プリンターには標準がないため、同じ 3D モデルを異なるプリンターで印刷すると、結果が大きく異なる場合があります。
さらに、印刷原材料の基準が不足しています。現在、3Dプリンターメーカーは、安定した収入を得るために、自社が提供する印刷材料を消費者に購入してもらいたいと考えています。これは理解できることですが、結局、通常のプリンターもこのモデルに従っていますが、3Dプリンターメーカーが使用する原材料は一貫性があまりにもなく、形状から内容まで大きく異なるため、材料メーカーが参入しにくく、研究開発コストと供給リスクが非常に高く、産業チェーンを形成するのが困難です。表面的には、3D プリンターには 3D プリント材料がバンドルされていますが、実際には、プリンターにバンドルされているのは材料であり、コスト削減とリスクへの抵抗には非常に不利です。
（6）予期しないプロセス
これは、3D印刷前に必要な前処理プロセスと、印刷後の後処理プロセスを完了することを指します。
3D プリントはコンピューター上でモデルを設計することだと考えている人が多いかもしれません。モデルの表面や構造がどんなに複雑であっても、3D プリンターはボタンを押すだけで物理的な製品を印刷できます。実は、この印象は誤りです。 3D CAD モデル、特に複雑なモデルを真に設計するには、多くの工学的および構造的知識、高度な技術、および特定の状況に基づく調整が必要です。たとえば、プラスチックの熱溶解積層法印刷の場合、複雑なコンポーネント内に適切に設計されたサポート構造がないと、印刷された部品が変形する可能性があります。したがって、前処理プロセスには、3D CAD モデルの準備、印刷方向の選択、成形プロセス パラメータの決定などが含まれる必要があります。
さらに、3D プリント後の後処理手順は通常は避けられません。メディアでは、3D プリントは印刷後すぐに部品を使用できる魔法のツールであると説明されています。しかし実際には、サポートの除去、焼結、組み立て、切断、表面研削、研磨、スプレーなどの印刷後の後処理プロセスが必要です。これらの後処理プロセスには通常、多くの手作業と処理時間が必要です。
13. 3D印刷技術の開発方向と傾向は何ですか？
インテリジェント製造のさらなる発展と成熟に伴い、新しい情報技術、制御技術、材料技術などが製造分野で絶えず広く活用され、3Dプリント技術もより高いレベルに押し上げられるでしょう。今後、3Dプリント技術の発展は、精度、インテリジェント性、普遍性、利便性などの主要なトレンドを反映するでしょう。
3Dプリンターには4つの開発動向が表示されます。
（1）3D印刷材料はより多様です
高度な材料、スマート材料、ナノマテリアル、新しいポリマー材料、合成生物学的材料などの継続的な開発により、3D印刷材料になります。スマート材料、機能勾配材料、ナノマテリアル、不均一な材料、複合材料、特に金属官能部品を直接印刷できるさまざまな金属材料などのより多様な3D印刷材料の開発は、将来の研究と用途の別のホットなトピックです。
（2）3D印刷の速度、効率、品質が改善され続ける
並列印刷、連続印刷、大ピース印刷、マルチマテリアル印刷のプロセス方法の開発により、3Dプリントの速度と効率が大幅に改善されると予想されます。 3D印刷材料と印刷プロセスに関する詳細な研究により、3D印刷部品（精度、表面の品質、物理的および機械的特性、化学的特性など）の品質が、実際の製品の直接指向の製造を実現するために大幅に改善されます。
（3）3Dプリンターの価格は急激に低下しました
一部の小規模な3Dプリンターメーカーは、10,000ドル未満の3Dプリンターの発売を開始しました。 3D印刷技術の継続的な進歩と昇進により、3Dプリンターの価格は大幅に低下すると予想されます。現在、中国では、一部のデスクトップ3Dプリンターの価格は3,000元以上に低下しています。産業用グレードの3Dプリンターは、3D印刷の精度が高く、印刷サイズが大きいため、依然として比較的高価です。
（4）3Dプリンターのアプリケーションフィールドはより広範です
3Dプリンターは小型化されており、コストが低く、操作が容易であり、分散型生産、設計、製造統合のニーズ、および毎日の家庭用アプリケーションのニーズにより適しています。ソフトウェア統合は、CAD/CAPP/RPの統合を実現し、設計ソフトウェアと生産制御ソフトウェアをシームレスに接続し、デザイナーによる直接的なネットワーク制御を備えたリモートオンライン製造を実現できます。
3Dプリンターの誕生後、それらは主に初期段階で使用され、機械、カビ、手工芸、航空宇宙、医療、建設、その他の産業でモデルを生産しました。 3D印刷技術がさらに成熟するにつれて、3Dプリンターを使用して、自動車や航空機などのハイテクコンポーネント、および皮膚や骨などの生物学的生物組織の製造に使用され始めました。生物医学、機械型（金属官能部品の直接印刷）、建設、車両、衣類、その他の産業における3D印刷技術の創造的なアプリケーションを積極的に拡大します。一部の専門家は、近い将来、靴、メガネからキッチン用品、車など、3Dプリンターを使用してすべてを生産できると予測しています。
14. 3D印刷技術の実際の市場の位置は何ですか？
3D印刷は30年近く前に生まれましたが、工業化は形成されていません。 3D印刷は非常に有名ですが、今日でも人気のある科学の段階にあります。
最先端で高度に先駆的なテクノロジーとして、3D印刷技術は主にパーソナライズされたカスタマイズされた複雑で困難な製品のニーズを満たしており（図22を参照）、バッチとスケールの利点はありません。現在、3D印刷技術は、主に製品プロトタイプ（サンプル）、カビ製造、芸術的作成、宝石生産、生物医学モデル、補綴物で使用されています。 3Dプリンティングは、生産効率と精度を大幅に改善できます。さらに、3D印刷技術の導入により、バイオエンジニアリングと医学、建築、衣類などの分野で革新のための広範なスペースが開かれました。
図22 3Dプリントのパーソナライズされたカスタマイズされた製品ですが、3D印刷技術は産業用アプリケーションスペースをさらに拡大する必要がありますが、以下を含む多くのボトルネックや課題に直面しています。
（1）コスト。既存の3Dプリンターのコストは、一般的に比較的高価であり、特に産業用グレードの3Dプリンターが高価であり、高価であるため、さらなる普及とアプリケーションにいくつかの困難がもたらされています。さらに、3D印刷部品のコストも比較的高価であり、市場昇進を助長しません。
（2）印刷材料。現在、3D印刷材料には限られた種類があり、印刷された部品の精度、物理的パフォーマンスなどは顧客の要件を完全に満たすことはできません。
（3）精度、速度、効率。現在、3Dプリント部品の精度は満足のいくものではなく、3D印刷の作業原則により、印刷の精度と印刷速度の間には深刻な対立があるため、大規模な生産を満たすことにはほど遠いです。
（4）産業環境の観点から。 3Dプリンティングテクノロジーの普及により、製品がコピーされ、広がる可能性が高くなり、製造業が直面する著作権侵害のリスクが大幅に増加し、既存の知的財産保護メカニズムは、業界の将来の発展のニーズに適応することが困難になります。
3D印刷技術は現在、概念の誇大広告のピーク段階に入っています。 3Dプリントテクノロジーが市場の需要を満たすには約5〜10年かかります。この長い開発プロセスでは、3D印刷業界は、技術的および市場リスクに直面する可能性があります。
要するに、中期的には、3D印刷業界には幅広い開発の見通しがありますが、業界は依然として成熟段階から一定の距離にあります。したがって、この段階では、3Dプリンティングの分野への業界への投資は、「イノベーションと研究開発、技術の導入と準備の強化」に焦点を当て、特に独立した知的財産権の建設と維持に注意を払い、将来の市場競争において有利な地位を占めるよう努めているはずです。テクノロジーがコンセプトの誇大広告の影響を受け、テクノロジーが完全に改善されていないこの段階で、大規模な生産能力の拡大が投資された場合、投資収益率は特定のリスクに直面します。
15. 3D印刷技術と従来の製造技術との関係は何ですか？
この時代には、3Dプリンティングは本格的によく知られており、どこにでもあり、私たちの無限の想像力を開いています。車、家、工業製品の3次元印刷は、3D印刷技術の原則にすぎない可能性があります。しかし、業界はまた、従来の製造に取って代わるものではないと指摘しました。
作为一项基础性的制造技术，3D打印的确是一个颠覆性的技术，它具有很多传统制造业所不具有的特点和优势，但只是解决传统制造业解决不了的难题。与传统制造业批量化的特点不同，目前，3D打印技术多应用于一条生产链上某个部分，还不是生产线上全面的应用，目前还是一个小众的市场。所以，对大多数的传统制造业来说，它带来的是技术的改进和产业的提升。两者的关系是互为补充，而不是谁替代谁。
3D打印技术作为一个新技术的发展，不能脱离已有的技术孤立地发展，与原有技术互相补充是基本的发展理念。
3D打印与传统制造技术不是取代的关系，而是结合的关系。3D打印应与传统制造技术相结合，反过来，传统制造技术也要与3D打印相结合。3D打印仍是趋于成熟的新兴技术，必须与传统制造技术相结合，互相取长补短才会有光明的未来。
转自：前沿数控技术作者：刘斌
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