将来のコスト削減ツールとしての付加製造

概要

自動車および防衛部門における軽量付属品の需要の高まりと、短い生産サイクル時間で複雑な設計を製造する傾向の高まりが相まって、積層造形の市場範囲を世界的に拡大する上で重要な役割を果たすことが期待されています。さらに、製造部門における総所有コスト (TCO) の削減を促すことの重要性が高まっています。積層造形の使用が世界的に増加する中、大手企業はさまざまな国で生産能力を拡大し、市場でのこれらの製品の存在感を強化しています。

さまざまなバイヤー セグメントにおける付加製造の利点、カスタマイズの容易さ、付加製造を使用した大量生産により、新しい市場への道が開かれると予測されています。ヘルスケア セクターの技術向上と付加製造を促進する政府の支援資金により、主要な業界関係者にとって市場は引き続き強気な状態を維持すると予想されます。ただし、材料の入手可能性、流出、検証、標準化に関連する問題が市場の成長を阻むと予測されています。

付加製造とは何ですか?

積層造形 (AM) は、材料の塊から不要な材料を削り取る減法的な製造方法とは異なります。産業用途における積層造形の使用は、通常、3D 印刷を指します。3D 印刷装置とソフトウェアを使用して 3 次元ファイルを参照しながら、材料を層ごとに積み重ねてオブジェクトを形成します。アプリケーションに応じて、利用可能な一連のテクノロジから適切な積層造形テクノロジが選択されます。

アプリケーションシナリオ

新しい車両の開発に伴い、顧客からの要望が高まり、デザインや快適性に対する需要も高まっています。各国政府によって課せられたさまざまな安全対策や規制により、自動車や航空宇宙部品の重量が増加しています。したがって、重量が増加すると、適切な機能のために燃料の消費量が多くなります。したがって、需要を満たし、燃料効率を補うには、設計と製品の構造が複雑で軽量でなければなりません。これは、繊維強化積層造形 (FRAM) などの積層造形技術の可能性によって実現できます。たとえば、レーシングカーのシャーシは、金属シャーシに比べて軽量なカーボンファイバーで強化された短繊維と長繊維のマトリックスを備えた FRAM を使用して生成的に設計および製造されます。これは、車の空気力学を調整するのに役立ち、速度の向上と燃料消費の低減に役立ちます。

軽量車両やその他の自動車および航空宇宙部品の実現という目標を達成するために、さまざまな積層造形業界では、市場に絶えず投入されている特定の技術と材料を開発してきました。そのような開発の一例は、プラスチックフィラメントの溶融層モデリング (FLM) の形での材料押し出し (MEX) と、短繊維と長繊維の強化との組み合わせです。

さらに、航空宇宙部門では、機能性能に関する数多くの相互に作用する技術的および経済的目標が求められており、これは時間の短縮、飛行の軽量化、コスト管理、および安全上重要なコンポーネントの提供につながります。付加製造技術は、従来の製造とは異なり、一般的な粉末またはワイヤとプラスチックポリマーなどの材料に基づくレイヤーごとの製造を使用します。これは、より軽量であるため、航空機のエンジンとコンポーネントの軽量性を実現できます。

積層造形により、設計プロセスのスピードが大幅に向上しました。同時に、従来の製造方法では、最終部品やプロトタイプの作成に必要なツールの製造に数か月かかることがあります。自動車業界や航空宇宙業界では、積層造形がコストと時間のかかるツール作成を回避できるという利点があることがわかっています。

航空宇宙産業では、3D プリントによって自由形状の最適化されたオブジェクトを製造できることも発見しました。つまり、積層造形を使用することで部品の重量を効果的に減らすことができ、材料費と製造時間を節約できます。高度な設計ツールを使用することで、エンジニアは積層造形を使用して従来のプロセスで使用されるコンポーネントの数を 1 つに減らし、複雑な設計の組み立てプロセスを大幅に簡素化しました。

さらに、ワイヤーアーク積層造形法 (WAAM) や直接エネルギー堆積法 (DED) などの技術は、防衛部門で機能的な軍事機器の修理に広く使用されています。これらの技術は、タービンブレードやハイエンド機器の摩耗した表面の修復と修理に役立ちます。交換部品が在庫切れになることもありますが、3D スキャン技術は、入手可能な部品をリバース エンジニアリングするのに非常に役立ち、3D 印刷を使用して簡単に複製できます。

軽量部品やコンポーネントは、材料費やエネルギー消費を削減するため、どの業界でもメリットがあります。しかし、自動車部門では、車両製造において軽量部品を使用することが重要です。さらに、電気自動車は一般に、内燃機関と同じ最高速度に達しません。電気自動車を軽量化することで、エンジンの効率が向上することが期待されており、2 つの車両タイプのギャップを埋めるのに役立ちます。

付加製造のUSP

付加製造は、さまざまなエンドユーザー産業の生産プロセスに革命をもたらす強力な技術であることが証明されています。付加製造技術は実用的で信頼性が高く、ここ数年で効果的に使用されてきました。3D プリンターによる付加製造技術により、企業は別のサプライヤーに頼ることなく必要なツールを即座に入手できます。3D プリンターを使用すると、面倒なツールや金型の修正を必要とせずに、部品を即座に設計およびカスタマイズできるためです。これにより、輸送コストを削減し、レーシングカーなどの改修に必要なスペアパーツの時間を節約することもできます。

航空宇宙や防衛などの産業も、その性能のために積層造形製品を使用している産業の一部です。航空機部品には、軽量で過酷な環境条件に耐えられる積層造形製品が使用されています。必要な材料が少なく、材料を層ごとに形成するプロセスのため、航空宇宙産業は、重量軽減と廃棄物削減の利点としてこれを活用し、大手企業の航空宇宙部品の製造にとって非常に重要です。

さらに、医療業界の急速な進歩と革新により、付加製造製品の利用は医師、患者、研究機関にとって大きな利点となっています。付加製造技術が提供する機能プロトタイプ設計を通じて、手術や研究に必要なさまざまな設計の救命ツール、歯科処置で使用するツール、CTスキャン用の手術前モデル、カスタムソーとドリルガイド、エンクロージャ、特殊器具の柔軟な設計を作成できるという大きな利点があります。

これ以外にも、さまざまな業界が、3D プリンターが提供する迅速でカスタマイズ可能なデザインのために、付加製造技術に依存しています。付加製造技術は生産をスピードアップし、さまざまな形状やデザインが求められるさまざまなデザイン製品に対する需要に、リアリティと機能性をもって対応します。エンド ユーザーには、電子機器製造会社や建築模型設計者など、さまざまな人がいます。

カスタマイズの容易さから、バイヤーは積層造形への支出を増やしている。

企業が大量生産と同じデザインやパターンで標準化された汎用製品を製造する中、顧客ごとに異なる個性を持ち、好みのデザインや製品を使用するカスタマイズされた製品に対する需要が高まっています。

積層造形は、従来の製造方法とは異なり、追加コストなしでカスタマイズが可能で、設計プロセスに追加の金型やツールは必要ありません。プロトタイプの 3D 設計だけが必要で、顧客自身で作成できます。カスタマイズが容易で生産が速いため、積層造形に対する需要は高くなっています。さらに、AM (積層造形) 技術を使用すると、パーソナライズを提供しない従来の方法に比べて、消費者に帰属意識と消費者満足感を与える独自の購入者および消費者体験を提供できます。

例えば、ドイツの自動車メーカーBMWは、BMW MINIシリーズにおいて、ドアハンドルやサイドプレートなどの特定のパーツを同社のオンラインショップでカスタマイズできるようにしている。一方、イヤホンメーカーのNORMALは、アプリをダウンロードして顧客の創造性に合わせてデザインすることで、顧客がイヤホンをデザインできるようにし、顧客にはカスタマイズされたイヤホンが届けられる。

従来の部品製造プロセスでは、高容量のリソースと制御要素を組み合わせて使用​​することで、極めて高い精度を実現しています。しかし、従来の製造プロセスでは、付加製造プロセスを使用する利点に勝るものはありません。さらに、付加製造では​​、従来の製造プロセスでは実現が非常に難しい複雑なデザインを構築できます。付加製造の機能性と精度は、従来の製造プロセスよりもはるかに優れています。従来の製造方法とは異なり、付加製造では​​製造時間を数週間から数日に短縮できます。付加製造マシンは連続的に印刷でき、監視は最小限で済みます。これにより、メーカーは必要な量を製造し、過剰在庫によるお金と保管スペースの無駄を回避して、「ジャストインタイム」の原則で運営できます。

さらに、積層造形では多様なプロセスが利用可能で、従来の製造プロセスに比べてさまざまな生産上の利点があります。したがって、短い生産サイクルで複雑でカスタマイズされたデザインを製造することが容易なため、世界の積層造形市場が拡大すると予想されます。

喫緊の課題：一目でわかる

機器の高コストと積層造形の専門家へのアクセスの制限は、今後数年間の積層造形技術の範囲を制限する要因となることが予想されます。積層造形機器のコストは 30 万～ 150 万ドルの範囲です。さらに、工業用消耗品は 1 個あたり 100～ 150 ドルの価格帯です。その結果、労働集約型の製造企業は、社内生産にこのような製造技術を使用することを控える可能性があります。

積層造形は、複雑な設計生産の救世主と考えられています。しかし、それでも市場の成長をさらに妨げる一定の制限があります。積層造形は、プロトタイプや複雑な部品や設計の作成には理想的と考えられていますが、大きな単一部品を製造するのは依然として複雑です。

レーザー粉末床溶融結合 (PBF) プロセスを利用した付加製造では​​、複雑で入り組んだ形状や有機構造を構築できます。これらの形状は、従来の製造工程では製造するには高価すぎるか複雑すぎると考えられていました。たとえば、レーザー PBF は、最も複雑な格子構造を確保して効率的な材料使用を促す軽量コンポーネントの製造に利用できます。

ヘルスケア分野への前向きな見通し

医療用画像のデジタル化の発展と、このデジタル化により、患者の解剖学的構造から 3D モデルを再構築することが可能になりました。パーソナライズされた医療機器の一般的なワークフローは、計算された 3D スキャン方法を使用して患者の解剖学的構造を画像化またはキャプチャすることから始まります。このようなデータは、患者の解剖学的構造の 3D モデルを印刷するために使用したり、パーソナライズされた機器やインプラントを作成するために使用したりできます。

医療分野では、積層造形のさまざまな医療用途があり、医療モデル、インプラント、ツール、器具、医療機器の部品、医療補助具、補助ガイド、副木や義肢、バイオ製​​造などが含まれます。たとえば、医療モデルは患者の解剖学的構造に基づいており、術前術後、手術計画、医学生のトレーニング、患者と患者の家族への情報提供に使用されます。モデルは、特定の興味深いセクション用に撮影できます。医療モデルは、頭蓋顎顔面領域、手足、骨盤、その他の骨構造に広く使用されています。これらの医療モデルは、3Dプリンターでのプロトタイプ設計を通じて作成され、X線、CTスキャン、MRI、その他多くのスキャン方法を通じて設計と寸法のワークフローが取得されます。

「スタンドアロン」セグメントは、技術的に高度なスタンドアロン 3D 印刷デバイスが利用可能であること、および高度なスタンドアロン システムのリリースに備えて主要な市場プレーヤーによる研究開発が増加していることから、市場を支配しています。データ ブリッジ マーケット リサーチは、ヘルスケア 3D 印刷市場は、2022 年から 2029 年の予測期間中に 22.8% の CAGR で成長すると予測していると分析しています。

この研究の詳細については、 https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-healthcare-3d-printing-market

一方、インプラントは、欠陥のある組織や欠損した組織を置き換えるために直接的または間接的に付加的に製造されており、これにはクラウンやブリッジなどの歯科用途も含まれます。材料は組織と互換性がある必要があります。付加製造は、医療モデルに似た好ましいソリューションです。付加製造技術を通じて、デジタル3Dプリントを通じてカスタマイズされパーソナライズされたインプラントを手に入れることができます。これは、患者固有のフィッティングです。

Data Bridge Market Research の分析によると、市場は上記の予測期間中に 4.21% の CAGR で成長する見込みです。てんかん、心臓疾患、パーキンソン病の罹患率の増加は、マイクロエレクトロニクス医療インプラント市場を牽引する重要な要因です。

https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-microelectronic-medical-implants-market

政府支出は市場の動きを加速させると予想される

付加製造は、企業がデジタルプロセス、通信、および画像処理を通じて製造および工業生産の状況を変革する可能性のあるカテゴリの 1 つと考えられています。この分野がさまざまな国の経済に貢献する可能性を認識して、さまざまな国の政府は、さまざまな分野で付加製造をサポートおよび促進するためのさまざまな戦略を打ち出しています。

例えば、中国、米国、ロシアの政府は、軍事力への応用の採用と開発を通じて、先進技術に対するユーザーの信頼を高めてきました。例えば、海兵隊の積層造形ユニットは、わずか40時間で500平方フィートの兵舎を印刷できる最大の3Dコンクリートプリンターを開発しました。一方、米国商務省の国立標準技術研究所（NIST）は、測定科学研究を通じて、金属ベースの積層造形の広範な採用に対する現在および将来の障壁に対処するために、370万ドルの助成金を授与しました。

結論

付加製造は、製造会社の総所有コストを節約するだけでなく、部品の構造的特徴を強化する重要なツールの1つとして浮上しています。中国やインドを含む発展途上国の製造業に対する前向きな見通しと、自動車、航空宇宙、ヘルスケア部門への強力なR＆D支出が相まって、付加製造のバリューチェーン全体で活動する業界関係者にとって幸運が続くと予想されます。ただし、付加製造会社は、近い将来、完成品や提供品の認知度を高めるために、バイヤーベースを拡大するとともに、顧客に前提を提供するコストを削減するために支出を増やすと予想されます。

Data Bridge Market Research の分析によると、市場は 2023 年から 2030 年の予測期間に 20.9% の CAGR で成長し、2030 年までに 918 億 5,388 万米ドルに達すると予想されています。積層造形市場の成長を牽引する主な要因は、自動車業界と航空宇宙業界からの軽量部品の需要増加です。

この研究についてさらに詳しく知るには、 https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-additive-manufacturing-market