2024 年に 3D プリンティングはサプライチェーンの回復力にどのような影響を与えるでしょうか?

バイデン政権は2023年末、サプライチェーンの回復力強化に特化したタスクフォースの設立を発表した。 1ヵ月後、米国国防総省（DoD）はサプライチェーンに関連する目標を概説した初の防衛産業戦略を発表しました。 Additive Manufacturing (AM) Research の「軍事および防衛における付加製造」レポートによると、米国国防総省だけでも 2023 年までに付加製造に直接 3 億ドルを費やす見込みです。

これらの取り組みは、インダストリー 4.0 として知られる製造業の次世代に向けた制度的基盤となります。サプライチェーンのレジリエンスの傘の下で、より大きな持続可能性の問題が浮上します。企業や国家の取り組みは利他主義によって推進されているというのが一般的な認識ですが、資源枯渇、地球温暖化、その他発生している無数の環境危機も物流に影響を与える大きな問題です。結局のところ、製品を作るための資源が足りず、製品を海外に輸送するための化石燃料も足りなければ、関連するサプライチェーンに本当の回復力はないのです。

したがって、物流ネットワークとエコロジーという2つの問題は密接に関連しています。付加製造はこれらの問題の万能薬ではないかもしれないが、工業社会の体裁を維持するためには、使用場所に最も近い最適化された部品を効率的に製造する能力が、これらの問題を解決する上で重要な役割を果たす可能性がある。 3D プリンティングがサプライチェーンの持続的なサポートにどのような役割を果たすかを理解するために、海外メディアは、この分野の専門企業 2 社、HP と Replique に問い合わせました。

HP のサプライチェーンの回復力<br /> 3D SystemsやStratasysなどの主流企業と比較すると、HPは2016年に最初のシステムを発売しており、積層造形市場では比較的新しい企業です。しかし、同社はマルチジェットフュージョン（MJF）技術により、ポリマー3Dプリント市場を急速に獲得しました。

この付加製造における実績と、このテクノロジー大手の既存の業績を組み合わせることで、同社は物流ネットワークをサポートするために必要なデジタル製造インフラを構築する理想的な立場に立つことになります。 HP のパーソナライゼーションおよび 3D プリンティングマーケティング担当グローバル責任者である Dave Prezzano 氏は、最近の出来事が HP 自身の付加製造事業に与えた影響について振り返りました。

同氏は次のように述べた。「COVID-19は、サプライチェーンの混乱に対処する上での従来の製造方法の弱点を露呈しました。この経験により、サプライチェーンの回復力の向上に重点を置くようになり、設計から量産まで、企業が生産プロセスのあらゆる側面に取り組む方法に大きな変化をもたらしています。その結果、革新的なインダストリー4.0テクノロジー、特に3Dプリンティングは、生産プロセスの複数の段階に適用できる総合的なツールとして人気を博しています。サプライチェーンの変動に耐えられる業務へのシフトに再び重点が置かれるようになったことで、従来のツールに対する3Dプリンティングの利点が明らかになるにつれ、より多くの企業が業界を超えて3Dプリンティングに目を向けるようになりました。その結果、私たちは業界を超えて企業と協力し、新しい革新的な3Dプリンティングアプリケーションを実現する機会を得ています。」

John Deere は GKN Additive (Forecast 3D) と連携し、HP Metal Jet でプリントされたバルブを製造することで農業機械のサプライチェーンを変革し、極端な気象条件でも大幅な生産性向上、環境上の利点、高品質の部品機能を実現します。製造物流ネットワークの弱点が露呈し、企業や政府はこれらの問題に真剣に取り組み始めました。特にバイデン政権はこの問題に対して強い決意を示している。

「ホワイトハウスの先進製造業国家戦略は、製造業の活性化、強力な米国サプライチェーンの構築、研究開発 (R&D) への投資、労働力の強化に重点を置いています」とプレッツァーノ氏は説明します。「この戦略は、経済成長、雇用創出、環境持続可能性の向上、気候変動との闘い、国家安全保障の確保、医療の向上など、先進製造業で米国が主導権を握るというビジョンを概説しています。3D プリンティングは、世界の製造業エコシステムに多大なプラスの影響を与える可能性があり、国の支援を得て、私たちは技術と製造業の融合によるイノベーションのリーダーであり続けるよう意欲的に取り組んでいます。」

しかし、グローバルサプライチェーンの問題の核心は、それがグローバルなものであり、現代の製造業は世界中のプレーヤー間の協力に依存していることであり、つまり、これらの問題を解決するには国際的な支援も必要であるということです。ほぼすべての大陸に拠点を持つ HP のような企業の場合、複数の国での活動を活用して、より強力な生産ネットワークを構築することができます。

HP 3D プリンティングソリューションは、クラス最高の速度とコストでシームレスな大量生産と大量パーソナライゼーションを実現するとともに、ジョブごと、プリンターごとの制御を強化する新しい機能により、サプライチェーンに革命をもたらします。

「CHIPS法の成立は、他の措置とともに、米国がサプライチェーンの回復力を優先することに注力しているだけでなく、製造業に新たな可能性をもたらすテクノロジーの活用にも前向きであることを示しています」とプレッツァーノは述べています。「HPのパーソナライゼーションおよび3Dプリンティング事業は、こうした取り組みで他国と連携し、グローバルサプライチェーンの回復力を高める新たな方法を模索しています。3Dプリンティングから人工知能、その他の非技術的なツールや手法まで、世界中で商品の開発や生産方法を変革する取り組みが進んでいます。サプライチェーンの回復力をサポートするツールを優先するグローバル企業が増えるにつれ、より多くの国がサプライチェーンファーストのアプローチを採用し、そのようなワークフローを可能にするインダストリー4.0テクノロジーの活用が進むと予想されます。」

持続可能なサプライチェーン<br /> デジタル在庫の新興企業であるRepliqueはHPほどの影響力はないかもしれないが、化学大手BASFのスピンオフ企業として、ある程度の影響力を持っているかもしれない。さらに、グローバル物流ネットワークにおける製造業の役割と、生産面におけるこれらのネットワークの持続可能性を理解する専門知識も備えています。同社はサプライチェーンのデジタル化とスペアパーツに重点を置いているため、より完全な状況を把握できる独自の立場にあります。

「Replique では、在庫のデジタル化とオンデマンド生産を通じて持続可能性を推進し、必要なときに適切な場所で適切な数量の部品が確実に入手できるようにしています」と、Replique の COO 兼共同創設者である Henrike Wonneberger 博士は述べています。「当社は、デジタル在庫プラットフォームと 3D プリントサービスビューローのグローバルネットワークを連携させることでこれを実現し、生産を需要現場に近づけています。このデジタル生産アプローチは、データを共有し、バリューチェーン全体で高い透明性を実現することで、最高のリソース効率を実現するために不可欠であると考えています。」

△Replique 3Dプリントプラットフォームで製造された金属製ドアストッパー

企業が依存する物理的な在庫を制限することで、Replique はサプライチェーンの回復力と持続可能性の両方の目標を達成できます。企業は商品を過剰生産するのではなく、必要なときに需要地に最も近い場所でスペアパーツを印刷するだけで済み、製造と輸送の両方で環境への影響を削減できます。

「当社は在庫をデジタル化することで、間接在庫の広範な問題に対処しています」とウォンネバーガー氏は説明します。「これにより、総在庫の 20 ～ 30% を占める旧式部品を廃棄する必要がなくなり、当社の分散型製造ネットワークにより、企業は世界中のどこでも部品を製造できるようになり、輸送ルートとそれに伴う排出量を最大 90% 削減できます。さらに、既存の認定ネットワークを使用することで、企業は独自のプリンターを現場で維持することなく 3D プリントを活用でき、全体的な生産能力を最適化できます。」

在庫をデジタル化できるのは大手メーカーだけではない。そのため、中小企業でも、従来の技術では製造コストのかかるスペアパーツを 3D プリントで提供できる。これにより、ブティックメーカーが製造する製品の寿命が延びるとウォンネバーガー氏は言う。

△左側がオリジナルのフットキャップ、右側が3Dプリントで再設計されたフットキャップ

持続可能なサプライチェーンにおける積層造形の未来
3D プリンティングは、サプライチェーンの混乱に対する真の持続可能なソリューションとなるにはまだまだ遠い状況です。しかし、業界とその技術が発展するにつれて、世界的な製造業が抱える問題を解決する能力がますます高まるでしょう。

Replique にとって、これは生産ネットワークを改善して「ラストマイル」をさらに短縮し、輸送による環境への影響を減らすことを意味します。 「ラストマイル」問題は、製品とユーザー間のより応答性が高く効率的なルートを真に実現するための鍵の 1 つです。同社はまた、リサイクルされた漁網から作られた印刷可能なペレットなど、新たな持続可能な素材の開発にも積極的に取り組んでいる。リサイクルは明らかに環境に優しい材料の選択ですが、資源枯渇に伴うサプライチェーンの混乱を避ける手段として、製造においてリサイクルは今後も大きな役割を果たすでしょう。

同時に、HP は独自の方法で分散製造の目標達成にも取り組んでいきます。同時に、さらなる自動化により 3D プリントの全体的なコストが削減され、より実行可能で拡張性の高い製造技術になります。「3Dプリンティングは、今後10年間でより多くの企業や業界で地域に密着したオンデマンド生産を可能にする手段であるという信念は、HPの長期的な事業および製品戦略に深く根ざしています」とプレッツァーノは述べています。「昨年発表された3Dポリマーおよび金属向けの高度な自動化機能に加え、HPはソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアを継続的に改良し、「完全自動化」工場のコンセプトを現実のものにしています。HPは、3Dプリンティング技術の総所有コストを継続的に削減し、補完的な強みを活用して、米国で顧客が積層造形の商業生産を拡大する中で、インダストリー4.0における生産性のメリットをさらに高めることを目標に、自律移動ロボット（AMR）や無人搬送車（AGV）などの他の高性能技術と3Dプリンティングを統合する方法を実証することに注力しています。」

将来的には、AM の持続可能性は、技術の進歩だけでなく、AM プロセスの各段階の環境への影響を包括的に理解することにも依存することが明らかです。業界の持続可能性へのアプローチは進化しており、生産サイクル全体にわたる共同の取り組みと透明性の必要性がますます重視されるようになっています。ここで、業界リーダーからの洞察が非常に貴重になります。 Replique の Wonneberger 博士は、付加製造の進化の状況を要約した視点を示しました。彼女はこう言った。

「AM の持続可能性を高めるには、持続可能性データの透明性と可視性がますます重要な役割を果たすようになります。この目標を達成するには、業界内でのコラボレーションが不可欠です。デジタル接続を通じて、材料からプリンター製造、後処理まで、AM プロセスに関与するすべての人の持続可能性データを利用できるようになります。このデータを 1 つのプラットフォームにまとめることで、透明性を高め、ケースバイケースで環境への影響を改善できます。さらに、環境に優しい材料の継続的な研究、リサイクルプロセスの採用、オンデマンド製造方法の推進も重要なステップです。AMにおける環境に優しい方法をサポートする政府のインセンティブと業界標準により、より持続可能な未来への移行を加速できます。最後に、集中印刷サービスビューローなどの共有印刷リソースの概念を推進することで、生産能力を大幅に最適化し、エネルギー消費を削減し、廃棄物を最小限に抑えることができます。」

ウォンネバーガー博士のこの洞察は、生産チェーンのあらゆる要素が環境への影響を考慮する、積層造形における総合的な持続可能性アプローチの重要性を強調しています。今後、これらの原則を AM 実践の中核に組み込むことは、サプライチェーンの持続可能で回復力のある未来を形成する上で重要になります。

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