3Dプリントの現実と4Dプリントの未来における中国の機会と課題

4Dプリント

3D プリント技術で印刷された製品は、3 次元空間で固定された形状を持つオブジェクトですが、4D プリントで作成された製品は、事前に設定されたモデルプログラムに従って時間の次元で変化することができます。 3D プリンティングの出現と 4D プリンティングの将来の発展は、製造大国である中国に新たな機会と課題をもたらすでしょう。

この時代の技術発展は、私たちの限られた認識を超えたスピードで進化しています。私たちがまだフレキシブル製造を叫んでいたときに「中国製造2025」が登場し、3Dプリント時代の到来を叫んでいたときに4Dプリントが静かにやって来ました。

4Dプリントのコンセプト

4D プリンティングの概念は、今日の一般の人々にとってはあまり馴染みがないかもしれません。実際、4D プリント技術は 2 年前に提案されました。 2013年2月25日、米国カリフォルニア州で開催されたTED 2013カンファレンスで、マサチューセッツ工科大学のSkylar Tibbits氏が4Dプリント技術を実演し、完全な実験を通じて参加者に見せ、実験の助けを借りて説明しました。時間的に見ると、4D プリント技術の導入と 3D プリント技術ブームの出現はほぼ同時に起こりましたが、現在、すべての人の注目はほぼ完全に 3D プリント技術に集中しており、4D プリント技術は無視されています。実際、技術発展の動向を期待して見ても、技術の価値と将来のビジネスを模索する現在の視点から見ても、4Dプリント技術は3Dプリント技術よりも前向きで破壊的です。これは生産ツールの革命であるだけでなく、生産手段を変えることで将来的にビジネスエコシステム全体の構造を変える技術でもあります。したがって、製造技術を破壊するだけではありません。

MITは2013年に早くも4Dプリント技術の実験を披露しましたが、当時はその技術はあまり注目されませんでした。 2014年10月8日、アメリカの隔月刊誌『フォーリン・アフェアーズ』が「4Dプリンティング革命への準備」と題する記事を掲載して初めて、多くの政府が4Dプリンティング技術に注目し始め、特にアメリカを筆頭とした先進国は、4Dプリンティング技術とその軍事、医療などの分野への応用を模索し始めた。

4D プリンティングの鍵は、3D プリンティングに基づいて「D」次元、つまり時間「T」を追加することです。これを次のように理解することができます。3D プリンティングは死に、4D プリンティングは生きています。つまり、3D プリント技術で印刷された物体は、3 次元空間内で固定された形状を持つ物体であり、使用中の自然な摩耗を除いて、その形状は固定されたままです。 4D プリントは違います。環境の変化に応じて自動的に変化し、新しい環境に適応します。 4D プリントは、事前に設定されたモデルプログラムに従って時間の次元で変化します。つまり、4D 印刷技術を使用して製品を印刷すると、自己変形する能力により、製品の組み立てプロセスを直接「排除」できます。これは現在の製造業、特に伝統的な製造大国である中国にとって大きな課題となるでしょう。

中国は伝統的な製造大国としての地位をどれくらい維持できるだろうか？

2009年、中国は日本に代わって米国に次ぐ世界第2位の貿易国となり、ドイツを抜いて世界最大の輸出国となった。同時に、中国の製造業は世界の製造業価値の15.6％を占め、米国に次ぐ世界第2位の工業製造国となった。

時代は変わりました。中国で労働者 1 人を雇うコストは、現在ではタイで 1.5 人、フィリピンで 2.5 人、インドネシアで 3.5 人を雇うのに十分です。中国の安い労働コストの優位性はもはや存在しない。一方、米国などの先進国は「再工業化」や「製造業の活性化」を声高に主張しており、客観的には国内製造業の発展を促進し、海外競合企業のコスト優位性を縮小し、製造業の魅力を高める政策を採用することが求められている。現在、米国政府が自国の製造業のコスト削減のために講じてきた、または講じている措置には、海外生産拠点を国内に戻す企業に税制優遇措置を与え、移転しない企業に懲罰的課税を課すこと、米国製造業の税負担を軽減し、一時的な減税を恒久化して米国製造業の資本投資誘致能力を高めること、健康保険を改革し健康保険費用を削減すること、規制および司法訴訟費用を削減すること、エネルギー費用を削減するための省エネ計画を実施すること、革新的な投資を奨励し、技術普及を促進し、新技術開発のリスクを軽減し、米国企業が世界中の顧客が必要とするハイテク製品の設計と製造に尽力することを保証することなどがある。

同時に、過去30年間ほぼ順風満帆で無敵だった中国の製造業は、ハイエンド技術とローエンドコストのサンドイッチ圧力に直面している。従来の強みである安価な労働力がなくなった今、中国が伝統的な製造大国としての地位を維持するために、どのような強みが残っているのだろうか。

3D・4Dプリンティングにおける中国の機会と課題

3Dプリンティングの出現と4Dプリンティングの到来は、「再工業化」を必要とする欧米諸国と、伝統的な製造業の優位性を維持したい中国の両方にとって希望の光です。

まず、3D テクノロジーの登場により、社会製造業における産業労働者の需要の減少がすぐに明らかになり、人材はもはや希少な資源ではなくなります。プリンターがあればどこでも生産が可能です。このようにして、知的コストの付加価値は社会生産のより大きな割合を占めることになります。したがって、製造業の不況に直面している米国政府は、当然のことながら、3D プリンティングや 4D プリンティングに代表される新たな技術革命に特別な注目を払っています。

オバマ大統領は、全国最大15の製造業革新機関からなる創造的革新ネットワークを設立することを提案した。これらの機関はそれぞれ独自の研究重点分野を持っており、その 1 つは、デジタル設計を使用して低コストの小ロット生産を実現するために、3D 印刷技術 (付加製造) の関連規格、材料、機器を改善することです。

2012 年 8 月 16 日、米国政府は、製造業の革新と成長を促進し、世界の産業界におけるリーダーシップを取り戻すために、3D 印刷技術の研究開発に重点を置くため、政府と民間部門が共同で資金を提供する製造業革新研究所をオハイオ州に設立すると発表しました。

2014年3月24日、オバマ大統領はオランダで開催された53カ国核安全保障サミットに出席した際、オランダの「3Dプリント運河ハウス」プロジェクトも視察した。このプロジェクトはオランダで注目を集めており、印刷されるのはもはや純粋な模型ではなく、実物大の「模型」です。これらの家はもともと、オランダの昔、裕福な商人によってアムステルダムの運河沿いに建てられた背の高い狭いレンガ造りの家でした。しかし今では、ハイテクノロジーによって昔の風景が簡単に復元されています。

同様に、3D プリントと 4D プリントの出現は中国にとって希望であると同時に課題でもあります。

「米国の第三次産業革命推進戦略と中国への教訓」という記事のデータによると、中国と米国の力の差は主にイノベーション能力に反映されている。 2012年、革新的な技術の分野で米国は世界第10位、中国は第34位でした。人的資本と研究開発能力の面では、米国は世界第22位、中国は世界第84位です。このギャップは中国の製造業が直面している最大の問題であるはずだ。

2012年、デューク大学起業・商業化研究センター所長のヴィヴェック・ワドワ氏は、米国の「フォーリン・アフェアーズ」ウェブサイトに「製造業の未来は中国ではなく米国にある」と題する記事を掲載し、「過去20年間の米国の製造業の急速な衰退と同様に、技術の進歩により中国の製造業は急速に衰退するだろう」と主張した。 VivekWadhwa 氏によると、人類の将来の経済モデルは、大規模な工業生産ではなく、クリエーター経済となり、パーソナライズされた 3D プリントベースの生産モデルとなるとのことです。

この特別な時期に、中国は3Dプリントのハイテク分野で絶好の機会を得た。米国やドイツと対等に競争し、同じ舞台に立つチャンスだ。この分野にはまだ誰もいないからです。規模の大小を問わず、すべての企業は同じスタートラインからスタートする。他の分野とは異なり、中国企業は大手国際企業が設立した「特許プール」に閉じ込められている。

「3Dプリントは第三次産業革命の象徴の一つだ。わが国が新たな産業革命の勃興に参加する機会を得たのは歴史上初めてのことだ」上海交通大学医学部付属第九人民病院の戴容院長は、わが国の3Dプリント技術の発展は西側諸国に大きく遅れをとっていないと語った。西側諸国はマルチノズルプリンターを開発できますが、私たちも同様にできます。西側諸国は関連する特許を保有しており、私たちも多くの特許を保有しています。私たちの印刷材料の多くは西側諸国のものよりも優れています。

1990 年代以降、我が国の多くの大学が 3D プリント技術の独自の研究開発を開始しました。清華大学は、現代の成形理論、積層固体製造、FDM技術などにおいて一定の科学研究上の優位性を持っています。華中科技大学は積層固体製造技術に優位性があり、HRPシリーズの成形機と成形材料を発売しました。西安交通大学は3Dプリンターのノズルを独自に開発し、成形精度が0.2mmの光硬化成形システムと対応する成形材料を開発しました。中国科学技術大学は8ノズル複合射出装置を独自に開発し、マイクロ製造や光電子デバイスの分野での応用が期待されています。

中国と西側諸国は新興産業革命の同じスタートラインに立っているが、我が国には依然として革新的な人材を育成する土壌と環境が不足しており、また企業家たちにも物事を成し遂げるための「粘り強さ、献身、熱意」が欠けていることは否定できない。したがって、3D および 4D 印刷技術への注目と投資を優先する必要があります。

現在、中国には4Dプリントに従事する専門機関はなく、3Dプリント技術に従事する科学研究機関と企業の総数も少ない。最大規模の3Dプリント企業の生産額は数億元に過ぎず、ほとんどの企業は1000万～2000万元レベルに集中している。さらに、3D プリント技術企業は依然として伝統的な産業企業運営モデルを採用しており、機器の製造と販売という古い道をたどっています。このことは、中国における3Dプリントの産業化と市場での受け入れがまだ比較的低く、国内の3Dプリント技術の研究開発レベルが依然として諸外国に比べて遅れているという事実にもつながっています。

イノベーションの欠如は、中国の 3D プリント需要の発展を制限するでしょう。加工と製造は依然として中国の製造業の主流ですが、製品の創造性と革新は一夜にして達成できるものではありません。規模の拡大と技術革新の追求の間にも矛盾がある。しかし、中国の3Dプリンター設備は、印刷精度や設備の信頼性の面で依然として国際水準と大きな差があり、3Dプリンター設備のコア部品は依然として輸入に依存している。この業界は発展の過程で、技術的なボトルネックや投資撤退などのリスクにも直面するでしょう。

我が国は産業構造転換・高度化戦略の実施を積極的に推進しています。産業の転換とアップグレードは、本質的には産業チェーンの高付加価値リンクのアップグレードであり、中国の産業は低コスト要素の競争からイノベーション主導の競争優位性へと移行する必要があることを意味します。産業のアップグレードを完了するには、次の 3 つの主要なイノベーションを推進し、サポートする必要があります。
第一に、中国が工業大国になるための決定的な条件である制度的革新。
2つ目は技術革新であり、これは中国の産業が本当に「追いつく」ことができるかどうかの重要な要因です。3つ目は教育革新であり、これは中国の産業が産業強国を築くために多くの革新的な人材を持つことの主な保証です。

4Dプリントによる未来の「工場」

4D プリンティングの時代では、ほとんどの商品を工場で生産する必要はなく、代わりにさまざまな 4D プリンターがコミュニティまたは複数のコミュニティの周りに構成されます。現在のショッピングモールであれ、人気の電子商取引プラットフォームであれ、現在のビジネス手法の価値と意義は徐々に失われていきます。デスクトッププリンターは数千の家庭に導入され、ユーザーは自分のアイデアに従って必要な一般商品を印刷できます。もちろん、自分のアイデアを製品の形で印刷し、情報ツールを使用して普及と取引を完了することもできます。 4Dプリンティング時代において、個々のユーザーが果たす役割は、ユーザー、消費者、生産者など多岐にわたります。

特殊な製品、特に大型の製品を印刷する場合、一部の機関または個人がプリンターを提供します。消費者は、モノのインターネットのビッグデータプラットフォームに自分のニーズやアイデアを提示するだけで済みます。ビッグデータプラットフォームは消費者のニーズを分析し、最適な実装方法を提供します。したがって、4D プリンティングの時代が本格的に到来すると、ビジネスエコシステムは現在では想像もできないまったく新しい様相を呈することになります。

2016 年の China Industrial Review 誌の創刊号より、著者の Chen Gen 氏は、スマートウェアラブルおよびスマートホーム業界の専門家、テクノロジーおよび金融評論家、テクノロジーのベストセラー作家です。

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