2023年の3Dプリンティング予測：ソフトウェアと自動化が研究開発の焦点となる

はじめに: 積層造形 (AM) の次のフェーズでは、3D プリンターを整理して生産ワークフローに統合するための制御システムなど、ソフトウェア主導の開発に重点が置かれます。これらのシステムは、前処理ロボットや後処理ロボットと連携して実際の印刷プロセス全体を自動化し、人手とコストを削減することもできます。では、2023 年に 3D ソフトウェアと自動化はどのように進化するのでしょうか?

3Dプリントシミュレーションソフトウェア
Markforged のソフトウェア製品開発ディレクター、Doug Kenik 氏は、次のように述べています。「3D プリント市場を牽引するのは、ハードウェアではなく、より優れたソフトウェアです。3D プリントワークフローのシミュレーション機能は、プリント前に部品の成功を予測し、プリントプロセスのリスクを排除するための鍵となります。シミュレーションは、さまざまな業界で 3D プリントとアプリケーション制作をより広く利用するための鍵です。」

△2022年、Markforgedは、3Dプリントされた炭素繊維部品の安全性や力などの要素に関連する性能を予測し、製品のさまざまな部分に必要な充填剤、繊維量などを生成できるソフトウェア「Simulation」をリリースしました。画像提供：Markforged。

シミュレーションは、部品の性能を予測し、印刷プロセスを予測できる AM ソフトウェアの分野における重要な開発です。この分野では、3D Systems による Additive Works の買収や、CAD モデルの変形を予測して印刷プロセスのエラーを補正できる Stratasys による Riven の買収など、いくつかの進展がありました。

△Additive Works 3Dプリントシミュレーション。画像提供：Additive Works。

ソフトウェアと自動化は密接に関係している
3D Systems は、積層造形シミュレーションの先駆者の一人である Brent Stucker 博士を最高技術責任者として採用しました。彼はソフトウェアなどの分野で会社を指導することになるが、3D Systems のソフトウェア部門である Oqton は独立して運営されているため、シミュレーション科学者が Oqton の業務全体にどう関与するかを判断するのは困難である。 Oqton の上級副社長兼ゼネラルマネージャーであるベン・シュラウウェン博士は、ソフトウェアが自動化の重要な部分になると強調しました。

今後 1 年間で AM が生産技術として広く採用されるようになると、自動化、トレーサビリティ、垂直化という3 つの主要領域でソフトウェアがますます重要な役割を果たすようになります。

●自動化:サービスビューロー、ヘルスケア、消費財などの多品種生産分野では、印刷プロセス用のファイルの準備に関連する時間とコストが非常に重要であり、付加製造ソフトウェアは自動化を促進する上で重要な役割を果たします。ディープラーニングなどの最新の AI 技術は、これまでは不可能だった非常に高度な自動化を実現するために使用されます。効率が向上し、コストが削減されると、熟練した従業員は製造環境に付加価値をもたらす他のタスクに集中できるようになります。

△Oqton社のソフトウェアは歯科用3Dプリントに使用されています。画像提供：Oqton。

●トレーサビリティ:医療や航空宇宙などの規制の厳しい業界では、完全なソリューション (メンテナンス、材料、オペレーターを含む) のトレーサビリティの重要性が高まり続け、複数のシステムを単一の記録システムに統合することが必要になると考えています。

●垂直化: AM が対応できるアプリケーションを拡大するために、使いやすい垂直ソフトウェアソリューションの利用可能性が引き続き高まります。製品には、現在利用可能な歯科用途に特化したソリューション、熱交換器の設計、コンフォーマル冷却金型インサートなどがあり、ユーザーは添加剤プロセスについて深く理解する必要はありませんが、プロセス全体のスケールアップの鍵となり、添加剤市場を牽引することができます。

ストラタシスのグローバルソフトウェア戦略担当副社長であるショール・サマラ氏は、ハードウェアとソフトウェアの両方における自動化の傾向を強調し、積層造形業界では産業用3Dプリンターが最終用途部品の製造ニーズを満たすことができることが示されているが、現在はプロセスの自動化にさらに注意を払う必要があると指摘した。たとえば、現在、作業時間の 60 ～ 75 パーセントは印刷開始前のタスクに費やされています。

● 見積もりやジョブ検証などの手順を自動化することで、印刷前のプロセスを完了するのに必要な時間をほぼゼロに短縮できます。

●実際の3Dプリント工程では、材料をワークステーションに直接送ることで自動的に補充できるため、時間が節約され、精度が向上し、無駄が大幅に削減されます。

●最後に、自動化ロボットを使用することで、プロセスの再現性と品質を向上させ、より少ない労力でより多くの部品を生産できるようになります。

これらの対策により、世界中の製造業は、ビジネスプロセスの改善を大規模に測定できるようになります。

自動化の推進力<br /> マテリアライズのCEO、フリード・ヴァンクラン氏は2023年の予測の中で、自動化への傾向を強調した。 3D プリントはデジタル製造技術ですが、依然として多くの人間の介入が必要です。そして、こうした熟練労働者を見つけることはますます困難になってきています。実際、Materialise による最近の調査では、3D プリントをすでに使用している、または使用を検討している企業にとって、必要な専門知識を持つスタッフを採用することが最大の課題であることが明らかになりました。同時に、産業用 3D プリントの生産を数千または数百万に拡大するには、繰り返し可能で一貫性のある印刷プロセスが必要です。これら 2 つの課題により、自動化の必要性が高まります。

3D 印刷プロセスの自動化には、準備、ファイルの修復、ワークフローの自動化など、さまざまな段階が含まれます。「近年、ソフトウェアは、ファイルの準備や修復から後処理まで、3D 印刷プロセスのさまざまな段階を自動化する上で重要な役割を果たしてきました」と、マテリアライズソフトウェアのマネージングディレクターであるバートファンデルシューレン氏は述べています。「産業規模の 3D 印刷を実現するには、個々の段階だけでなく、段階間のプロセスも自動化された、繰り返し可能で一貫性のある印刷プロセスが必要です。マテリアライズの CO-AM プラットフォームにより、メーカーは個々の段階だけでなく、受注から納品まで、その間のすべてのワークフローを自動化できます。」

AiBuild の CEO である Daghan Cam 氏は、AI は 3D プリントの進化に不可欠な要素であると考えています。彼の会社は、機械学習を通じて最適化された 3D プリント技術用のソフトウェアを開発しています。自動化のトレンドを前進させるために、彼は「オープンアーキテクチャ」によってハードウェア、材料、ソフトウェア間の相乗効果がさらに高まることも期待している。

ダガン・カム氏は、「2023年までに、積層造形がソフトウェアと自動化のトレンドを加速させると予想しています。まず、エンドユーザーの「オープンアーキテクチャ」ソリューションに対する需要により、ハードウェア/材料/ソフトウェアの新しいパートナーシップが生まれます。これらのシステムはより相互接続され、生産ラインの不可欠な部分になります。次に、人工知能が積層造形のワークフローを変革します。手動の試行錯誤の方法は、データのインテリジェントな使用とクラウドベースの機械学習ソリューションに置き換えられます。自動化のレベルが向上し、ハードウェア、ソフトウェア、材料のシームレスな統合が進むにつれて、積層造形技術は主流のアプリケーションに拡大し続けるでしょう。」と述べています。

3D プリントのデータセキュリティ<br /> データセキュリティは AM 分野で長い間議論されてきましたが、その技術はまだ完全には生産レベルに達していません。つまり、データセキュリティは概念的なものであるか、プロジェクトごとに処理されるか、または各企業によって異なる方法で処理されることになります。 3D プリントのデータセキュリティシステムが大量生産レベルに達しつつある現在、クラウドに保存され、直接送信され、ストリーミングされるデータを保護するために、より標準化された業界全体のソリューションを提供する必要があります。

「この新しいデジタル分散型生産環境は、データという 1 つの重要な資産を中心に展開されます」と Vancraen 氏は言います。「そして、そのデータは、サプライヤーが設計を盗んで自社の 3D プリンターで印刷するのを防ぐために保護される必要があります。もちろん、データセキュリティは、従来型であれスマート型であれ、あらゆる製造形態で重要です。しかし、3D 印刷の場合、それはそれ以上の意味を持ちます。3D 印刷部品の生産を数千または数百万に拡大するには、製造業者は印刷プロセスを最適化して微調整し、複数の製造拠点で効率的で信頼性が高く、繰り返し実行できるようにする必要があります。スマートな製造プロセスにより、3D 印刷部品はどこで製造されても同じ品質になります。このようなプロセスの作成は複雑で時間がかかりますが、企業の競争力を高めることができます。そのため、データセキュリティに加えて、データの整合性は、デジタル製造を採用する企業にとって最優先事項になりつつあります。」

自動化された現実<br /> 付加製造コンサルティング会社 3Degrees の創設者兼 CEO である Mike Vasquez 氏は、議論された分野では大きな進歩が遂げられているものの、前進への道は平坦ではなかったと説明しています。これらのソリューションが実装され、拡張されるにつれて、大きな進歩が達成されるでしょう。

MES 開発企業 Authentise の創設者兼 CEO である Andre Wegner 氏は、業界全体で 3D プリントソフトウェアをより大規模な製造業務に統合したいという要望がある一方で、パッケージ化されたソリューションを求める人とカスタムソリューションを求める人の間で意見が分かれるだろうと述べています。

△Authentiseのデジタル設計倉庫は、デジタルスペアパーツの管理に使用されます。画像提供：Authentise。

「市場が成熟するにつれて、大手企業はより専門的なサービスを求め、エクセルシートや従来のERPシステムの使用が増えています。一方、小規模なサービスビューローは今や十分に確立されており、特定の機能（オンライン見積もりや生産管理など）を既製品で購入して、非常にうまく適応することができます。顧客は複数の異なるツールを使用することにうんざりしているため、両者にとって引き続きの焦点は統合です。これは、配信システムとしてのクラウドの受け入れが拡大していることによって促進されるでしょう」とウェグナー氏は語った。

GPU 搭載 MES ソフトウェアスタートアップ Dyndrite の CEO である Harshil Goel 氏は、ソフトウェア自動化が AM 自体を超えることになるという事実を強調しました。「積層造形ソフトウェアの自動化は、現在の表面的なデータベースやビジネスロジックの状態ではなく、製造プロセスとより深いつながりを持つように進化します」と彼は言います。「この変化は、CAM ソフトウェアの進化と連動して、実際にツールパスを制御および探索し、使用可能な材料を増やし、構築速度を上げ、部品の品質を改善し、より複雑な形状の印刷を可能にします。レーザーパウダーベッドフュージョンのユーザーが最初にこれらの変化を感じ、次にジェッティング/光重合プロセスを感じることになります。」

正確な市場セグメントがどのように形成されるかに関係なく、AM ソフトウェアと自動化セグメントは急速に成長すると自信を持って言えます。特に、SmarTech Analysisは、「積層造形ソフトウェア市場機会2023」レポートの中で、ソフトウェアは今年の12億ドルから2031年には62億ドルに成長すると述べています。 (SmarTech Analysisの最新レポートによると、3Dプリントソフトウェア市場は2031年に62億ドルに達すると予想されています - Nanjixiong 3D Printing Network - Platform (nanjixiong.com))

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