ロボット工学の専門家が2023年の積層造形の主要なトレンドを予測

はじめに: 積層造形の将来を予測するのはそれほど難しくありません。この業界が今後も成長し、発展し続けることは間違いありません。積層造形業界のどの部分が成長するのか、そして2023年の積層造形の主なトレンドを正確に理解することは、関係する企業の発展にとって非常に重要です。
この記事では、Antarctic Bear が、積層造形の将来的な発展に関する業界大手数社の見解をまとめ、今後 1 年間に予想される主なトレンドのいくつかを紹介します。新たな要素を追加するために、彼らの予測は ChatGPT AI チャットボットの予測とも比較されました。
HPポリマー3Dプリンティングのグローバルヘッドであるフランソワ・ミネック氏は、2022年に多くの世界的な課題に直面している中、3Dプリンティングは信頼性が高く、安定しており、魅力的な製造方法であることが証明されたと語った。過去数年間、3D プリント業界では、持続可能性、サプライチェーンの回復力、自動化への重点の高まりなど、いくつかの顕著な主要トレンドが見られてきました。ファソム・デジタル・マニュファクチャリングのCEO、ライアン・マーティン氏によると、商業旅行はパンデミック前のレベルに戻ると予想され、マテリアライズのCEO、ウィルフリード・ヴァンクラン氏は、価格の低下と自動化および安全性の向上が、産業製造アプリケーションとしての積層造形技術の使用に対する障壁を打ち破る鍵となると強調した。
パーソナライゼーション、コスト削減、自動化の強化
ミネック氏は、特に個人のカスタマイズの面で、付加製造が消費者セグメントにおいてますます重要な役割を果たすようになると強調した。アイウェア、スポーツウェア、フットウェア（さらには繊維）などの分野での実際の大量生産における AM の使用の増加は、多くの AM 企業、特に一部のハードウェアメーカーが期待しているトレンドです。同氏は次のように述べた。「2023年までに、今日の競争の激しい市場でパーソナライズされた商品の需要が高まるにつれて、この技術は主要産業に浸透するでしょう。刺激的で超パーソナライズされた製品と体験を提供することが競争のベンチマークとなり、3Dプリンティングは新しい製造モデルでより多くの人々に機会を創出するでしょう。」
消費者向け製品における積層造形の採用は、3D プリントの全体的なコストを削減しながらワークフローの自動化を高める能力と密接に関連しています。 3D プリントの物語は付加価値の物語です。 3D プリントにより設計の最適化が可能になり、従来の製造方法では実現できないパフォーマンス、軽量化、時間、サプライチェーンの利点が得られます。
マテリアライズのウィルフリード・ヴァンクラン氏は次のように強調しています。「3D プリント部品のコストは、必要な材料、部品ごとの製造時間、プリンターの種類など、いくつかの要因によって決まります。これを実現する方法の 1 つは、作業を効率化して生産能力を高めることです。ソフトウェアは、ビルドの最適化を可能にすることで、これに大きな役割を果たします。また、印刷プロセスを微調整して、より効率的で繰り返し可能なものにすることもできます。3D プリントは、大量生産にこの技術を採用する企業が増えるにつれて、工場の現場を変革し続けています。しかし、この導入を加速するには、業界は 2023 年までに 3D プリントのコストを削減するためのさらなる努力をする必要があります。」
3D プリントはデジタル製造技術ですが、依然として多くの手作業が必要であり、熟練した作業員を見つけることがますます困難になっています。マテリアライズが引用した最近の調査によると、3Dプリンティング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労働力の採用が最大の課題であることがわかりました。
△ HPのポリマー3Dプリンティング事業のグローバル責任者、フランソワ・ミネック氏
ヴァンクラーン氏は次のように付け加えた。「3D プリンティングでは、3D プリント部品の生産を数千から数百万に拡大することを計画しているメーカーは、独自のプリントプロセスを最適化し、微調整して、複数の生産拠点で効率性、信頼性、再現性を確保する必要があります。インテリジェントな生産プロセスにより、3D プリントされたすべてのコンポーネントが、どこで生産されても、同じ品質であることが保証されます。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、企業は競争相手より一歩先んじることができます。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ます。」
多くの課題があるにもかかわらず、Minec は、マスカスタマイゼーションの利点と、マスカスタマイゼーションされた商品を提供する AM 独自の能力が、AM 導入の原動力になると考えています。ミネック氏は次のように述べた。「マスパーソナライゼーションは、従来の製造方法では実現が難しいことが分かっていますが、3Dプリントなら柔軟性があり、コスト効率が良く、迅速です。靴から矯正器具、ハイキングブーツ、ゴルフクラブ、スキーゴーグルなどのスポーツ用品まで。業界に関係なく、マスパーソナライゼーションの必要性を受け入れている企業は、顧客体験全体にわたって創造性と革新性を推進し、顧客に驚きとさらなる欲求を与えることができます。」
マテリアライズの創設者兼CEO、ウィルフリード・ヴァンクラン氏
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。
近年、ソフトウェアは、ファイルの準備と修復からサポート構造の生成、構築中のオブジェクトの積み重ねの最適化、さらには後処理まで、3D 印刷プロセスのすべての段階を自動化しています。しかし、これらは別々のプロセスです。
3D プリンティングでは、これらのさまざまなプロセスが相互に構築され、完全なデジタル製造プロセスが作成されます。大規模な産業用 3D プリンティングを実現するには、これらの各プロセスとそれらの間のフローを自動化する必要があります。 Materialise はこの概念をワークフロー自動化と呼んでいます。
メーカーが独自の 3D 印刷プロセスを定義できるソフトウェアプラットフォームの作成により、この需要を満たす能力が高まっています。現在、いくつかの企業がこれらのソリューションを顧客に提供しており、顧客は単一の 3D 印刷プロセスだけでなく、注文の受領から配送まで、その間のすべての 3D 印刷ワークフロー全体を自動化できます。
産業用途における金属積層造形の成長
ほとんどのポリマー 3D プリンティングでは消費者向け製品が主な焦点領域であることは間違いありませんが、航空宇宙、自動車、医療機器などの領域は金属 3D プリンティングアプリケーションの戦場となっています。実際、2023 年に最も重要になると思われる主要な 3D プリントのトレンドについて尋ねたところ、ChatGPT ボットが最初に挙げたトレンドは、金属 3D プリント技術の進歩でした。
ChatGPT は次のように語っています。「近年、大きな注目を集めているトレンドの 1 つに、金属 3D プリントの使用が増えていることが挙げられます。金属 3D プリントでは、3D プリンターを使用して金属粉末や金属インクからオブジェクトを作成します。この技術は、複雑な金属部品を最小限の廃棄物で低コストで製造できるようにすることで、製造業界に革命を起こす可能性を秘めています。」
ChatGPT ボットは、積層造形の主要な採用セグメントについて、包括的かつ正確な概要を次のように説明しています。「技術開発以外にも、さまざまな業界で 3D プリントの採用が拡大する傾向があります。航空宇宙、自動車、ヘルスケア業界の企業は、軽量部品、カスタム義肢、さらには航空機全体の製造に 3D プリントの使用を検討しています。また、カスタムジュエリーや衣類などのパーソナライズされた製品の製造に 3D プリントを使用する傾向もあります。」
△Seurat Technologies CEO、James De Muth氏。
ファソムの CEO であるライアン・マーティン氏は、これが何を意味するかをよく理解しており、次のように述べています。「新世代の電気自動車の開発は、自動車部門におけるデジタル製造の採用を促進しています。テスラは依然としてリーダーですが、フォード、GM、およびリビアンやルーシッドなどの他の初期の電気自動車メーカーは、このまだ初期段階の市場に積極的に参入しています。現在、ほぼすべての自動車会社が電気自動車戦略を持ち、生産を加速して製品を市場に投入し、高まる需要に対応しようとしています。彼らは、より高度で、より効果的で、より効率的な製造プロセスを推進するために、インダストリー 4.0 のデジタル製造プロセスを採用しようとしています。」
ライアン・マーティン氏も航空宇宙部門に強気で、次のように述べている。「過去数年間、多くの大手航空会社が航空機の更新を延期しているため、ボーイングとエアバスの新しい航空機の需要は引き続き増加するでしょう。ジェットエンジンだけでなく、航空機の内部にも、3Dプリントされた部品が多数使用されています。航空宇宙企業は早期導入者であり、顧客をサポートするために必要な需要の高まりとイノベーションをサポートするために、今後も付加製造に大きく依存し続けるでしょう。」
これを実現するために、ヴァンクラン氏は次のように語っています。「付加製造部品のコストを削減しながら品質を向上させるツールを使用する必要があります。品質にはコストがかかります。たとえば、医療業界や航空業界の認定製造では、生産コストの最大 70% が品質管理に費やされています。」
ファソム・デジタル・マニュファクチャリングのCEO、ライアン・マーティン氏
Fathom と Materialise は、医療業界での積層造形に大きな可能性を見出しています。「可能性は本物です。規制が厳しく、認定を受けている医療業界でさえ、病院は患者の治療現場に近い場所で医療用モデルやパーソナライズされたインプラントを製造するために 3D プリントを利用するケースが増えています。これは、分散型工業生産モデルの医療版です。消費財業界と同様に、カスタマイズされた 3D プリントソリューションの劇的な増加に対処するには、ワークフローの自動化が必要です。」
付加製造の持続可能性<br /> ChatGPT を含むすべての回答者が同意した、あるいはもはやトレンドではなく必然とみなされるべきもう 1 つの傾向は、持続可能性の重視です。 HPの調査によると、消費者はパンデミックを通じてより気候に配慮した購買行動に変化しており、企業にも同様の行動を取る責任があるという。これは、目標設定や道徳的制約を超えて、実際に努力して結果を得ることにつながります。付加製造は、従来の製造方法よりも持続可能であり、例えば包装業界において廃棄物の削減、炭素排出、リサイクル、再利用を促進するため、この点で画期的な技術と見なされています。
「今後1年間で、持続可能性と気候変動対策の重要性と、これらの問題に対する一般の認識が高まるにつれ、より多くの企業が3Dプリント技術とそれが実現する循環型経済を活用した、より持続可能な実践とソリューションの導入に取り組むようになると予想しています」とミネック氏は述べた。「2023年は3Dプリント導入の波の年となり、企業が従来のサプライチェーンの制約から解放され、画期的なアプリケーションで業界に破壊的変化をもたらすにつれて、業界は成長し続けると予想しています。」
以前、核融合（持続可能なエネルギー問題に対する唯一の長期的な解決策）によるエネルギー生産における大きな進歩を発表したNIF施設で働いていたSeurat CEOのJames DeMuth氏は、製造業はカーボンニュートラル戦略の一部になることができ、またそうあるべきだと考えています。「米国が独自の強靭なサプライチェーンの構築を目指す中、これは経済的利益と環境的利益の両方を同時に得られる、まれなウィンウィンの機会です」と同氏は述べた。「製造業が環境を改善する機会は非常に大きく、EPAは2018年に、米国の温室効果ガス排出量の22％を産業界が占めていると報告しました。また、再生可能エネルギーのコスト競争力が増すにつれて、電気で稼働する積層造形などのクリーンエネルギーを活用する製造プロセスが繁栄するでしょう。」
デムス氏はさらに、「グリーン製造は、環境への影響を減らすだけでなく、企業に競争上の優位性をもたらします。2023年に施行されるESG気候情報開示報告基準により、メーカーは材料、サプライヤー、プロセスを綿密に評価し、生産のあらゆる段階でより持続可能な選択肢へと移行する必要があります。6KとIperionXは、米国で新しい生産プロセスを拡大することでイノベーションを実現した優れた例です。」と述べました。
△別のAI DALL-Eが作成した産業の持続可能性のイメージ（説明によると）
「世界中の業界では、エネルギーを節約し、排出量を削減したいという強い願望がありますが、実行には至っていません。最近の世界規模の調査では、組織の 85% が温室効果ガス排出量の削減に注力していますが、過去 5 年間で目標に沿って排出量を削減できたのはわずか 11% でした。鋳造から再生可能エネルギーを利用した付加製造への移行など、よりクリーンな製造方法への移行は、排出量を大幅に削減するための明確な道です」と DeMuth 氏は結論付けました。
ChatGPT は、付加製造における持続可能な材料とプロセスの使用の増加に焦点を当てて、これらの点をまとめています。「近年現れたもう 1 つの傾向は、3D 印刷における持続可能な材料の使用の増加です。3D 印刷用の生分解性およびリサイクル可能な材料の開発と、3D 印刷プロセス自体の環境への影響の削減が推進されています。」
予測不可能なサプライチェーン<br /> この記事で言及した最後のテーマトレンドは、サプライチェーンの予測不可能性によってもたらされる継続的な課題であり、循環型および分散型製造の継続的な必要性を促進しています。デムス氏は、「サプライチェーンの混乱は2023年以降も続くと予想されており、混乱が発生する前や発生時にそれに対処する能力が、重要な競争上の優位性となるだろう。製造を顧客の近くに配置することで、経済的および環境的コストを削減できる。現在、アジアから米国西海岸への40フィートコンテナの輸送コストは、パンデミック前の5倍になっている。予測不可能な政策立案やインフレ圧力は、米国内の組み立て工場の近くに重要な部品の製造を戦略的に配置する企業には、それほど影響を及ぼさないだろう」と考えている。
デムス氏はさらにこう述べた。「高精度でコスト競争力があり、拡張可能な代替品を現地で製造できる技術を開発することで、海外で製造する動機もなくなります。現地で製造することで、余分な在庫を持たずにビジネス提供に柔軟性がもたらされます。」
製造業に対するこの分散型アプローチは、米国だけのトレンドではありません。欧州企業であるマテリアライズも、サプライチェーンの混乱に対処するためには製造業の分散化が重要だと考えている。今、それが起こり得るのです。「製造業は伝統的に、通常は海外の1か所に集中していました」とヴァンクラン氏は言う。「ここ数年、電力危機により工場は麻痺し、サプライチェーンが混乱しました。地政学的緊張が高まり、環境問題も懸念されています。こうした状況により、メーカーは集中型生産モデルを再考するようになりました。」
ヴァンクラン氏はさらにこう続けた。「3D プリントのようなスマートなデジタル技術により、メーカーは顧客に近い複数の小規模な生産拠点で事業を展開する体制に移行できます。しかし、分散型製造の最近の成功事例の多くは、電力危機の際に緊急医療用品を製造するために既存の現地の 3D プリントラインを利用するなど、短期的なニーズに直面した際の迅速な対応から生まれたものです。3D プリントは、一時的な代替手段として、事後対応的に使用されてきたのです。」
△ CNHインダストリアルゼデルヘム工場長ルイジ・ネランク
「しかし、これらのソリューションは製造業の将来について新たな議論を巻き起こします」とヴァンクラーン氏は結論づけています。「多くの企業がより戦略的なアプローチの準備ができていることがわかります。サプライチェーンの効率性や環境の持続可能性の観点から、どのアプリケーションが最も価値を提供するかを慎重に検討する必要があります。これには考え方を変える必要があります。短期的なソリューションから 3DP を使用して認定された最終用途部品を持続的に生産することへと移行するのです。」
農業機械メーカーCNHがその好例です。 CNHインダストリアル・ゼデルヘム工場長のルイジ・ネリンク氏は、パンデミックの間、CNHは重要な部品の製造に3Dプリントを利用していたが、新型コロナウイルス関連の輸送制限により部品を調達できなかったと説明した。現在、同社は、3D プリントがサプライチェーンをよりコスト効率よく管理するのにどのように役立つかを、より戦略的に検討しています。
結局のところ、3D プリントによって実現されるスマートな分散製造は、戦略的に実装されれば、世界的なサプライチェーンの問題に対する場当たり的な対応ではなく、それ自体が成功する戦略になる可能性があります。

ロボット工学の専門家が2023年の積層造形の主要なトレンドを予測

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