昇華3D ウー・ミン：金属3Dプリント反対派

出典: マネージャーマガジン

3D プリンティングは製造業を転覆させるものであり、産業発展の再構築を支持する多くの人々の間で共通の信念となっている。しかし、中国で10年近く開発が進んだにもかかわらず、3Dプリンティングは依然として工業製造におけるコストと効率の問題に直面しています。 3D プリントの抜け道を探す迷路の中で、Sublimation 3D は主流とは異なる間接的な 3D プリント方法、つまり 3D プリントと粉末冶金法を組み合わせることをしっかりと選択しました。

2013年に中国で3Dプリントが普及してから2、3年が経過したが、産業分野での3Dプリントの商業的応用は未だ半ば隠れた状態にある。製造業における 3D プリントの発展を妨げているものは何ですか?国内企業が産業用途で好む金属 3D プリントのほかにも、この市場に参入する方法はあるのでしょうか?

深セン昇華3Dテクノロジー株式会社（以下、「昇華3D」）のCEOである呉敏氏は、主流の金属3Dプリント技術から外れた異端者の一人です。

あなたのキャリアのライフライン

中南大学粉末冶金研究所は、中国の粉末冶金の「黄埔軍事学院」として知られています。ここで学士号と修士号を取得したウー・ミンさんは、2013年に卒業後、すぐに深センのフォックスコンに就職しました。彼は修士号の研究方向に沿って新素材を開発するために、材料研究開発部門に採用されました。当時、この新素材開発の方向性が、スタート前に社内で断絶されることになるとは想像もしていなかったという。

2013年頃、3Dプリントは中国の業界で大きな注目を集める新しい技術分野となりました。当時、呉敏氏の部門のリーダーは深い感銘を受け、粉末冶金のバックグラウンドを持つ彼に、金属3Dプリント技術と粉末調製に関する研究を行うことを提案しました。「当時、金属3Dプリントがあることを知って衝撃を受けました。この技術についてさらに学んだ後、まるで新しい窓が開いたようでした。」何年もの努力の末、ウー・ミンは金属3Dプリントは実際には粉末冶金の一分野であると結論付けました。

ウー・ミン氏が初めて 3D プリントに触れたとき、彼はそれに夢中になりそうでした。彼はインターネットで膨大な情報を検索し、ページごとに研究し、当時最もシンプルで安価で人気のあった熱溶解積層法（FDM）溶融押し出し技術から始めて、3Dプリントを研究するための機器や材料の購入に給料の半分以上を費やしました。「2013年当時、この製品はまだ非常に高価でした。プラスチック3Dプリントの材料は1ロール1キログラムあたり30万500元でした。」しかし、この製品に夢中になっているウー・ミンさんは明らかに楽しんでいる。彼は「大学の同級生とよく3Dプリントは素晴らしい、金属3Dプリントは粉末冶金の未来だと話しています。彼らにも注目するように頼まなければなりません」と語った。

その後間もなく、部門のプロジェクト調整により、ウー・ミンは新しい部門に異動しました。上司から金属3Dプリントの研究を命じられたが、3Dプリントに夢中になったウー・ミンさんは研究への興味を捨てず、誠実に仕事をこなし、空き時間には研究を続けた。専門的な研究の方向性を失い、新しい部門では自分の専門知識を十分に生かせないという思いに襲われたウー・ミン氏は、「偶然にも、金属3Dプリントは（自分のキャリアにとって）命綱のようなものだった」と気づいた。

ちょうど2013年と2014年に、3Dプリントのコンセプトが中国で非常に人気になりました。国内の状況を見ると、当時この業界はまだ開拓段階にあった。ホットマネーの流入により投資ブームが巻き起こったが、実際には、真に産業に携わり、技術的経験を積んできた企業はまだ発展の初期段階にあった。例えば、科学技術創新板に上場し、資本市場から「金属3Dプリントのリーダー」とみなされているポリライトは、開発開始からわずか2年であり、ナイロン3Dプリントのリーダーであるファルスーンハイテックは、まだ独自の技術ルートを模索しているところです。

「フォックスコンを辞めた後、経験を積むために金属3Dプリント会社で働きたいと思っていました。しかし、当時深センには地元のオリジナルの金属3Dプリント会社がなかったので、プラスチック3Dプリント会社で働かざるを得ませんでした」とウー・ミン氏は言います。「しかし、当時、私の最終目標は金属3Dプリントだと確信していました。」

当時、市場で知られていたレーザー金属 3D プリントには、レーザー、ガルバノメーターシステム、およびオペレーティングソフトウェアという「3 つの主要部分」がありました。「コアは主に海外製で、価格も非常に高価です。印刷サイズが250mm×250mm×300mmの輸入設備は500万元以上、印刷されたステンレス鋼材は1キログラムあたり2,000元以上かかります。」

技術的な観点から見ると、ウー・ミン氏は、金属 3D プリントには、高コストのレーザービームプリントとは異なる他の技術的なルートがあるはずだと考えています。彼と粉末冶金を専攻するクラスメートたちは、よく一緒に考え、議論し、その後自分たちで印刷して探求します。ブレインストーミング中に、ウー・ミンはプラスチックもポリマー材料の一種であることに気づきました。プラスチックと金属粉末を混ぜ、3D プリントで製品を成形し、粉末冶金技術で焼結できないかと考えました。

1ステップで直接製品の形成と性能を達成するという主流の技術ルートと比較すると、呉敏氏が提案した「2ステップ」の方法は明らかに「異端」です。ウー・ミン氏によると、「これはこれまで誰もやったことのない新しい技術的なルートです。」歴史を振り返ると、中国でこの新しい道を最初に発見したのは呉敏氏のチームでした。しかし、実際には海外でもこのルートを発見した企業はありましたが、技術がまだ成熟していなかったため、当時は公表されていませんでした。

結局、ウー・ミンは自分で材料を準備したにもかかわらず、うまく焼結することができなかった。技術レビューのもう一ラウンド。今回、金属射出成形をしていた同級生が、金属射出成形で使用する材料を100度や200度の温度で押し出し成形し、その後脱脂・焼結して金属製品を得るという提案をしました。「射出成形材料に合わせてすぐに配合を調整しました。当時は非常に粗雑なものでした。試作機を自分たちで改造し、グリーンボディを印刷し、それをクラスメイトに渡してバックエンド処理をしてもらいました。」

ウー・ミン氏は、このプロトタイプ製品を印刷するためのスケジュールを今でも覚えています。2015 年 11 月にこの技術的なルートを思いつき、実装を開始しました。そして、2016 年 2 月末頃に、実際に焼結に成功したサンプルを手に入れました。しかし、彼は「生産された製品の性能は良くなかった」と認めた。このとき、彼らは初めて真剣に反省しました。製品の性能が不十分だったのは材料の配合のせいなのか、それともこの技術ルートに固有の欠陥があり、他の企業に放棄されたのか。

ウー・ミン氏のチームは、配合を繰り返し変更し、印刷プロセスと脱脂焼結温度などのパラメータを調整した結果、製品の焼結密度を70％から80％、さらに90％以上に高めることに成功しました。密度は、3D プリントされた金属部品の金属性能を判断するための中心的な指標です。一般的に、値が高いほど、金属性能は優れています。従来の機械加工部品と同等の結果が出たことから、ウー・ミン氏は「この技術的ルートは実現可能だ」と確信している。

しかし、ウー・ミンが最終的に決心したのは、指導者である熊翔教授からの評価と励ましでした。「熊先生は、金属粉末冶金業界は今のところ新たな革新点を見つけていないとおっしゃっていました。私たちの道は粉末冶金と3Dプリントのいい組み合わせです。」

2016年、ウー・ミンは辞職して自分のビジネスを始めることを決意し、積極的にエンジェル投資を求めました。しかし、国内資本界はこの珍しい金属3Dプリントのルートに興味を示さず、「海外に同等の企業は見つからない」。ウー・ミン氏と彼のチームは初期段階では自らの資金を使って研究開発を続けなければならなかった。彼らが転機に気づいたのは、2017年4月26日のことでした。この日、国内メディアは、米国のデスクトップメタル（DM）社がDMスタジオシステムとDMプロダクションシステムという2つの製品を発売したと報じた。

「実際、彼らの技術的なルートは私たちとまったく同じです。彼らは皆、まず製品を成形し、その後に脱バインダーして焼結します。」とウー・ミンは興奮して言いました。彼はついに同じ業界の人を見つけたのでとても興奮しました！このため、ウー・ミンは投資先を見つけるのがずっと容易になった。 2017年5月、ウー・ミンはエンジェルラウンドの資金調達を獲得し、同年6月にSublimation 3D Operationsという会社を正式に登録しました。

同じ技術的ルート、異なる運命

ようやく正式に営業を開始しましたが、Sublimation 3D は同業の Desktop Metal (DM) よりもはるかに拡張されています。

まず、両者が提唱する技術的なルートについて簡単に見てみましょう。

3D プリントは印刷材料によって分類され、主に金属 3D プリントと非金属 3D プリントが含まれます。このうち、前者の主流の技術ルートは選択的レーザー溶融法（SLM）と電子ビーム選択的溶融法（EBSM）であり、後者は主にFDMとステレオリソグラフィー（SLA/DLP/LCD）に基づいています。金属 3D 印刷技術ルートでは、企業がどのような印刷方法を選択しても、その基本的な技術パスは製品の成形と性能を一度に実現することであり、すべて直接 3D 印刷のカテゴリに属します。欠点としては、レーザーなどの機器が高価であること、工業生産のニーズを満たす印刷材料が限られていることが挙げられます。

呉敏氏が言及した「新技術ルート」は、実際には、3Dプリントと粉末冶金技術を組み合わせて、前述の2つの異なる技術ルートの利点を補完するものです。Sublimation 3Dはこれを「粉末押出印刷（PEP）」技術と名付けており、間接的な3Dプリントルートです。「当時は国内外でダイレクトメタルとインダイレクトメタル（３Ｄプリント）の区別がなく、私たちが最初に言い出した。今では主流として認知されている言葉だ」

昇華型 3D と DM の類似点は、金属 3D プリントにおける「印刷」プロセスが、印刷と加工 (脱脂、焼結、後表面処理などを含む) の 2 つのステップに分かれていることです。この観点から見ると、3D プリントは粉末冶金プロセスにおける生産リンクのようなもので、主に金属粉末、プラスチック、接着剤を層ごとに融合した原材料をグリーンボディに印刷する役割を担っています。製品の性能を真にテストするための鍵は、その後の処理、つまり粉末冶金段階にあります。間接 3D 印刷技術ルートは学際的なイノベーションであり、さまざまなプロセスフロー間には強い結合関係があります。「多くのノウハウが関係しています。多くの人がこの技術は簡単だと思い、急いで参入しますが、材料の配合や脱脂、焼結で行き詰まることがよくあります。これが、私たちのチームとDMのチームが粉末冶金のバックグラウンドを持っている理由です。」

現在、DM は昇華 3D よりも包括的な技術レイアウトを備えており、ジェネレーティブデザイン、3D プリント、脱脂焼結、シミュレーションを有機的に組み合わせています。しかし、昇華 3D チームの優位性は、印刷材料の研究開発と管理能力にあります。たとえば、同社の最新のデュアルノズル 3D プリンターは、金属とセラミックなど、特性の異なる 2 つの材料の複合印刷を実現できますが、これは現在 SLM 技術では不可能です。

また、昇華型3DとDMは開発スピードや規模も全く異なります。

公開情報によると、DMは2015年10月に設立され、その主要チームはマサチューセッツ工科大学（MIT）の材料科学の教授たちで構成されている。同社は2017年のシリーズC資金調達ラウンドで評価額が10億ドルと当時のUberに匹敵し、BMW、フォード、ゼネラル・エレクトリック、アルファベット、ロウズなど多くの著名な投資家を抱えている。現在、DMは総額4億3,800万ドルの資金調達を実施しており、DMメタル3Dでプリントした部品がBMWの電気自動車モデルに採用されている。

2020年8月27日、海外メディアは、Desktop MetalがTrine Acquisition Corpとの合併に合意し、ニューヨーク証券取引所に株式コード「DM」で上場すると報じた。上場後、DMは最大5億7,500万米ドルの投資を調達し、評価額は約25億米ドル（約170億人民元）となり、金属3Dプリンティング分野で最高の評価額を持つユニコーン企業となる。

「我々はまだ生き残り段階にある」とウー・ミン氏は言う。「DMは創業以来、工業製造をターゲットにしてきた。製品設計は、非常に商業的な手法の集合体だ。BMWやフォードなどの顧客による製品の使用も、好循環の形成に役立っている」。しかし、これは明らかに今日の中国では実現不可能だ。ウー・ミン氏の意見では、中国における金属3Dプリントの開発速度を制限する最も根本的な理由はコストだ。従来の機械加工や人件費と比較すると、中国での金属 3D プリントのコストはこのコストよりもはるかに高くなります。これは、中国におけるその応用市場が、コストにそれほど敏感ではない航空宇宙、医療などの分野に限定されていることを意味します。これは、国内の産業分野における金属 3D プリントアプリケーションの 10 年間の発展を見ても当てはまります。

2020年11月29日、国家付加製造イノベーションセンター所長、中国付加製造標準化技術委員会主任、中国工程院院士の陸炳恒氏は「中国（長沙）付加製造産業発展と技術応用サブフォーラム」で、3Dプリントの利点の一つは軽量化であると述べた。同氏は「航空宇宙、鉄道輸送、自動車はすべて軽量構造を必要としており、3Dプリントは設計を最適化し、異なる材料から部品を作ることで重量を大幅に軽減できる」と述べ、3Dプリントは宇宙製造にとって理想的な手段だとも指摘した。

実際、製品性能の観点から見ると、SLM タイプの金属直接 3D プリント製品は、密度、硬度、降伏強度が高いものの、延性と疲労強度が低く、製品の安全性と全体的な耐用年数に重大な影響を及ぼします。一方、金属間接 3D プリント製品は、延性が良好で、疲労強度が高く、加工硬化能力が強力です。これまで、多くの批判を受けてきた製品強度と焼結密度の低さの問題は、過去 2 年間で十分に解決されました。同時に、研究により、製品の多孔性が高サイクル疲労性能に悪影響を及ぼさないことも判明しました。

Sublimation 3D を例にとると、同社が公表した製品性能データは、いくつかの面で世界をリードするレベルに達しています (上のグラフを参照)。しかし、コストの壁は依然として障害となっている。これは、海外で需要の高いDMの中国進出が進んでいることからもわかります。 DMが国内独占代理店と共同で最初の製品を発売したのは、2018年6月7日のことでした。 2年以上経過し、代理店の公式サイトにはこの製品1つのみが掲載されており、主なユーザーは設計エンジニアであり、顧客のほとんどは専門学校、大学、研究機関/研究所などです。

しかし、全体的な発展の観点から見ると、DMに代表される間接金属3Dプリントルートを採用する外国企業の数は増加しており、細分化された技術においても多くの差別化された方向性が導き出されています。呉敏氏は、過去2年間に中国でも昇華型3Dを模倣した同業者が存在したが、現在はすべて消滅していると紹介した。中国における間接金属 3D プリントの強力な支持者として、Sublimation 3D はまさに金属 3D プリントの異端児です。呉敏氏は「当社の発展は依然として遅い。現在は主に技術の普及と推進に取り組んでいる」と嘆いた。

なぜこの寂しい道を進もうとするのですか？
呉敏氏は、これは将来の製造業における金属3Dプリントの発展の判断に基づいていると説明した。特に、現在主流の直接金属 3D プリントパスと比較すると、Sublimation 3D が選択した技術ルートは、単一の金属部品の平均コストを削減する余地が大きく、3D プリント技術と効率の向上により、製品のパフォーマンスを維持しながら、さらなるコスト最適化を実現できます。「同じ印刷サイズ、例えば250mm×250mm×250mmの金属3Dプリンターの場合、価格は180万～300万元程度ですが、当社は20万～30万元しか請求しません。同じサイズの金属部品の場合、コストは直接3Dプリントの5分の1～10分の1にすぎません。」

しかし、昇華型3Dが提唱する間接型3Dプリント技術を含め、産業側で商業規模のアプリケーションを真に実現するには、3Dプリント業界全体がまだ長い道のりを歩む必要があります。 Sublimation 3D は、少なくとも現時点では、製品開発と収益の両面で着実に前進しています。

2020年11月と12月に、昇華3Dは国内の一部大学向けにカスタマイズされた大型独立型デュアルノズル3Dプリント装置を出荷しました。軍事分野の国内研究機関との協力が正式に軌道に乗りました。部品開発では国内自動車メーカーと深くドッキングし、2020年の売上高は前年比4倍になりました。
△ビデオ：国産FDM技術低コスト3Dプリント金属/セラミック、昇華3次元

「Manager」誌について「Manager」誌は1998年に創刊され、国際誌と国内誌の両方で発行部数を誇る、中国でよく知られている数少ない金融管理雑誌の1つです。長年の発展と変革を経て、現在では「Manager」誌、「Manager & Shenzhen Business」、「Manager & Insurance」、「Family Office」、「Business Information & Corporate Finance」誌、Manager Network、主要なセルフメディアプラットフォームなど、充実したメディアマトリックスを構築しています。

昇華3D ウー・ミン：金属3Dプリント反対派

ダイカスト＋積層造形のハイブリッド成形プロセスの研究

清華大学の李暁燕グループ：アラミドナノファイバーで強化された、強度と耐疲労性に優れた3Dプリント可能なハイドロゲル

アムノビス、3Dプリントされたチタン製医療用インプラント5万個以上を出荷

中国南部で風が吹く - 西通が産業用金属3Dプリンターの発売を発表

アジア太平洋地域は力強く成長し、世界の3Dプリント市場の価値は2029年に2,700億元に達する

3Dプリントバイオニック「Maimang」は調整可能な異方性摩擦と方向性駆動を実現

PyroGenesisは、スペインの航空宇宙企業に付加製造用の高品質チタン粉末を供給

ExOne の主要パートナー - Shapeways と Xometry の金属バインダージェッティング技術の歩み

Aikesailong: 3D プリント技術を使用して、医師が手術の盲点をなくし、患者の手術をパーソナライズ手術の時代へと導く

オークリッジ国立研究所の付加製造トップジャーナル: ニッケルベース単結晶超合金の付加製造! ！！

推薦する

3Dプリントの産業応用：製造業の戦場

さまざまなメタマテリアルの3Dプリントへの近道

ルノートゥインゴ E-Tech 電動プロトタイプ: 3D プリントされたバンパーのハニカムパターン

ユニークなCoreXZ Little King Kong、Ender-3 V3高速3Dプリンター

3Dプリントされたスマートハードウェアが洗濯洗剤の残量を監視し、なくなると自動的に再注文します。

冶金大手の SMS グループが正式に付加製造業界に参入しました。同社はリーダーになれるでしょうか?

一般の人が3Dプリントを使ってお金を稼ぐにはどうすればいいのでしょうか?

3Dプリンティングの現実と4Dプリンティングの未来の社会的影響

珠海航空ショー：第2回未来民間航空機開発国際フォーラムは3Dプリントに焦点を当てる

CNES、衛星部品とドローンの生産を簡素化するINTAMSYSポリマーFFF技術を導入

細胞培養の新しい方法：光立体造形法で印刷されたマイクロセラミックデバイス

ストラタシス 2020 中国 3D プリント業界年次式典

Massivit 3D が Massivit 5000 産業用 3D プリンターを発売、大型部品の積層造形をリード

3Dプリントハイドロゲル構造の性能を向上させる新しい方法：ナノクレイの使用

ハルビン工業大学: 3D プリント建物が環境性能 (材料、プロセス) に与える影響を研究し、3D プリント建物構造の設計を指導します。