レイヤリングアップ

Dec 06, 2023

積層造形は、2023 年以降の主流アプリケーションの事例を構築します

パンデミックによる一時的な停滞の後、積層造形 (AM) 業界は、蓄積された需要と受け入れの拡大、技術の進歩、革新的なパートナーシップ、有意義な成果を生み出す可能性を秘めた無限の機会に後押しされて、猛烈な勢いで盛り返してきました。 —そして時には—前例のないメリットが得られます。

市場は 2011 年の 17 億ドルから 2021 年には 152 億ドルまで急上昇しました。これは成長の第 1 層にすぎません。 昨年の3Dプリンティングと積層造形に関するWohlersレポートによると、AMは今年210億ドルに達し、2031年までに850億ドルを超えると予測されています（2023年版は間もなく発表される予定です）。 1996 年に初めて発行されたこの年次報告書は、世界中の大手 AM 企業の何百人もの専門家からのインタビューやその他の情報に基づいて、最新の業界製品とプロセスの進歩、商取引、トレンド、業界の課題を包括的に概観しています。 。 2021 年後半、Wohlers Associates は、世界中で AM の幅広い導入をサポートするために、世界標準化団体である ASTM International に買収されました。

成長はさまざまな側面からもたらされます。 航空宇宙、自動車、ヘルスケアの早期導入者に加えて、他のいくつかの業界やより広範な企業基盤の間でも進歩が見られると、同名の組織を設立し、現在はその顧問サービスと市場情報業務を率いるテリー・ウォーラーズ氏は述べた。

ウォーラーズ氏は、食品製造、プリンテッド・エレクトロニクス、ファッション分野での新たな用途を指摘し、「企業は目を覚まし、この技術を潜在的に応用できる非常に多くの方法を検討している」と述べた。 「今では、こうした例はさらに広がっています。昨年がこれら 3 つのうちのいずれかにとって大きな年だったとは言いたくありません。実際はそうではありませんでした。しかし、企業はさらに多くの可能性があることに気づいたのだと思います」添加剤入り。」

最近の成功にもかかわらず、多くの困難な課題が残っています。 特に中小企業においては、業界標準と AM プロセスと材料に対する深い理解の必要性とともに、コストに関する懸念がリストの先頭に立っています。

「全体として、添加剤は依然として非常に困難であり、顧客がこれに参入したい場合は、かなりの数の困難を乗り越える必要があります」と、フォームアロイ テクノロジーズ CEO のメラニー ラング氏は述べています。 「材料とプロセスの認定の部分があり、それは容易になってきていますが、部品を構築するという行為は平均的な工場にとって依然としてかなり難しく、多大な時間とリソースの投資が必要です。」

AM のパンデミック後の復活は、合併と買収の波によって強調されました。

「過去12カ月間に多数のM&A取引が行われたが、その多くは一般の人には名前が知られていないような小規模企業だ」とウォーラーズ氏は語った。 増加するプレーヤーのリストには、これまで舞台裏で活動していたが現在は生産の準備を進めている新興企業や企業も含まれています。

同時に、いくつかの有力企業が AM に参入しています。 これには、Luxexcelを買収したFacebookの親会社Metaが関与する12月に発表された大型取引が含まれる。 2009 年に設立されたベルギーの会社は、メガネや LED 照明などの他の種類の光学システム用の 3D プリント レンズを製造しています。 両社は以前、Meta の Aria プロジェクトで提携しており、3D プリンティングを使用して拡張現実メガネをさらに開発することで、その取り組みを拡大することが期待されています。

ニコンは1月、SLMソリューションズグループの株式92％を6億2,200万ユーロ（6億7,500万ドル）で取得を完了した。 この契約により、ニコンはSLMのレーザー粉末床融合技術へのアクセスが可能となり、ドイツの企業が先駆者となった。 一方、SLMはニコンの光学機器や精密機器のノウハウの恩恵を受けることが期待されている。

ニコンは、2021 年に金属専門の Morf3D を買収し、AM の世界にいち早く参入しました。 SLMは2019年の財務問題後、米空軍やロールスロイス航空宇宙産業との新規契約で立ち直った。

ウォラーズ氏によると、ニコンのSLMへの投資は、三菱商事やDMG森など日本の大企業による一連の注目すべきAM関連活動の最新のものである。 日本はこの産業の初期発展の一部において重要な役割を果たしていたが、最近まで日本の関与は鈍化していたとウォーラーズ氏は語った。 同氏は、日本の新たな関心はタイミングのせいもあると考えている。たとえ自社製品にこの技術をすぐに使用する計画がなくても、企業はあまりにも長く待ちすぎると潜在的に強力なパートナーを失うリスクがある。

「これらの企業を所有することで、技術、アプリケーション、市場全体についての洞察が得られ、積層造形に関して適切な意思決定ができ​​るようになります」とウォラーズ氏は述べた。

AM は建築・建設業界で勢いを増しています。 この技術の初期バージョンは、ウィリアム・アーシェルの特許取得済みの「壁建設機械」である 1930 年代に遡りますが (このプロセスで作られた 2 階建ての構造物は今もインディアナ州に残っています)、現代の積層建築 (AC) 産業はまだ続いています。 「Wohlers Speciality Report on Construction」は、まだ初期段階ではあるが大きな将来性を秘めていると指摘している。 潜在的な変革をもたらす可能性があると称賛されている AC は、設計の自由度、自動化、プロセスの再現性の向上に加え、コスト削減やより持続可能な構造の建設を可能にし、そのすべてが最終的には世界的な住宅危機の緩和に役立つ可能性があります。

最近いくつかの進歩がありました。 たとえば、ドイツのペリ グループは、2020 年以降、いくつかの空調プロジェクトを完了しました。これには、アリゾナ州テンピにある 1,700 平方フィート [158 平方メートル] の平屋住宅が含まれます。この住宅には 3D プリントされた耐荷重インテリアが備わっています。そして外壁。

建設およびその他の分野における AM の将来の成長の鍵の 1 つは、このテクノロジーの業界標準を確立することです。 これには、製品の認定と認証だけでなく、材料やプロセスに関する規制、仕様、ガイドラインも含まれます。

ウォーラーズ氏は、「規格がなければ業界は成長も成熟もしない」と述べ、航空宇宙、自動車、エネルギー、ヘルスケアはすべて、従来の製造に対する明確に定義された認証プロセスと規格によって高度に規制されていると指摘した。 AM 標準がないため、時間がかかります。 ウォーラーズ氏は一例として、昨年のイスラエルの大手航空宇宙企業との会合を挙げた。 「彼らは、付加的な設計は数週間以内に完了できると言っていましたが、すべての認定と認証を取得するには何か月、場合によっては 1 年以上かかりました。」

同氏によると、良いニュースは、AMコミュニティが「標準の重要性の理解に目覚め」、前進し始めていることだという。 Wohlers氏によると、ASTMが積層造形のための国際F42委員会を設立した2009年以来、ASTMまたはISOとASTMの協力によって47のコンセンサス規格が開発、発行されてきたという。 さらに、今年3月の時点でさらに87機が開発中であると同氏は述べた。

米国食品医薬品局によって認定された AM 医療機器の数は、10 年前の 12 未満から現在では 250 以上に急増しています。 ウォーラーズは、数千の FDA 認定添加剤製品により、これが今後数年間で飛躍的に成長すると予想しています。

3D プリントによる補聴器や歯科用機器はすでに普及しており、少なくとも 1 つの整形外科メーカーは、最終的には自社のインプラント製品の 100% が AM を使用するようになると予測しています。 脊椎インプラントについては、AM によって「骨によく統合され、実際に骨の中で成長するため、鋳造され機械加工されたものと比較して、これらのタイプのインプラントではより優れたオッセオインテグレーションが得られる」格子構造の使用が可能になると Wohlers 氏は説明しました。

積層造形の魅力の 1 つは、独自の形状や高度にカスタマイズされた製品の作成に使用できることであり、部品の統合と質量削減に大きな影響を与える可能性があります。 昨年の注目すべき最近のイノベーションと開発には次のようなものがあります。

--カリフォルニアに拠点を置く Divergent Technologies は、3D プリンティングとジェネレーティブ デザインを組み合わせた柔軟な自動車システムを開発しました。 同社は、Divergent 独自の 1,200 馬力 21C ハイパーカーを含む、20 種類の車両プラットフォームの開発に取り組んでいます。 同社は昨年、3Dプリントされたリアアセンブリ（複数のアルミニウム部品を含む）をアストンマーティンに供給し始めた。 500件以上の特許を取得しているダイバージェント社は、その技術により部品数を80％削減し、質量を20～70％削減できると主張している。 同社は、12月のヘキサゴンからの1億ドルの投資を含め、約5億ドルを調達した。

--2月にウィルソン・スポーツ・グッズは3Dプリントのエアレスバスケットボールを発表した。 このプロトタイプは、8 つの「パネル状のローブ」を備えた黒い透明な格子で構成されており、現在の NBA ボールの重量、サイズ、バウンスの仕様とほぼ同じですが、膨らませる必要はありません。 ウィルソンはプロジェクトの 3D プリンティングに関して EOS と契約し、ジェネラル ラティスはコンピュテーショナル デザイン サービスを提供しました。

--ポリマー材料会社エボニックはベラセノと提携し、骨再生用の3Dプリント足場を商品化した。 両社によると、エボニックのポリマーは優れた安定性と柔軟性を兼ね備えており、患者自身の骨の形成に合わせた速度で足場を安全に吸収できるという。 AM は、安定性に欠け、制御された方法で詰めることができない、骨および軟組織欠損に対する従来の治療の制限を解消します。

--フォードの再設計されたマスタング シェルビー GT500 には、デトロイトにある自動車メーカーの先進製造センターで製造された 2 つの 3D プリントされたブレーキ部品が取り付けられています。このセンターには、完全自律システムを含む 20 台の 3D プリンタが装備されています。

--玩具大手ハスブロ社は、3Dプリンティングのイノベーターであるフォームラボ社と協力して、ファンがマーベル、G.I.ジョー、その他の人気キャラクターに似た6インチのアクションフィギュアを作成できるハズブロセルフィーシリーズを開発した。 購入者が自分の顔をすばやくスキャンできるようにするための特別なスマートフォン アプリが作成されました。 ハスブロ氏によると、Formlabsは光造形プリンターと多用途樹脂の品質に基づいて選ばれたという。

--Stratasys は、臨床現場向けに 3D プリントされた解剖学的モデルを提供する契約をリコーと締結しました。 このプロジェクトは、Stratasys の 3D プリンティング技術、Axial3D のクラウドベースの「Segmentation-as-a-Service」ソリューション、およびリコーの AM サービスを 1 つのシステムに組み合わせたものです。 3D プリントされた解剖学的モデルは、本物の骨や組織の感触と反応性を備え、生体力学的に現実的であると言われており、医師は複雑な手術を行うことができます。

AM はツールにも大きく進出しています。 「それは大型成形工具にとって真のスイートスポットとなっている」とWohlers氏は指摘する。 「そして、大きいというのは全方向に数フィートのことを指しますが、これは非常に高価になる可能性があります。」

オハイオ州アクロンを拠点とする Additive Engineering Solutions (AES) は、トリム治具に添加剤を使用しています。 AES は、ペレット状の標準的な熱可塑性プラスチック原料を使用して、それらを溶融および押し出し、大型ツールを構築します。

「これは新しいことではありませんが、私たちはより多くのことを目にしています。これには十分な理由があります」とウォラーズ氏は語った。 「企業は、それでお金が儲からない限り、何かをすることはありません。これらのマシンは非常に優れた点に達しています。これに、サブシステムを追加したり、場合によってはソフトウェア、ハードウェア、あるいはその両方を調整したりして、それを動作させるという顧客の決意も加わりました」 、本当に報われるでしょう。」

もう 1 つの利点: メーカーは AM を使用して自動化システムを統合できます。 ウォーラーズ氏によると、ガントリーマシンやその他のタイプのモーションシステムの場合、ロボットは到達距離と精度を向上させ、蒸着ヘッドや切削ツールを保持できるという。 「したがって、ほとんどの場合仕上げ機械加工が必要な大きな金属部品の場合、溶接タイプの表面のように見える可能性があるため、堆積してから機械加工します。

同氏はさらに、「部品をDED（指向性エネルギー堆積）システムから遠ざけ、CNCフライス加工などの既存のプラットフォームに取り付けることができます。この種のアプリケーションは、DEDシステムの開発に役立ちます。しかし、万能ではありません。」 、ジョブを確認する必要があります。それは鋳造と機械加工に適していますか、それとも DED と機械加工に最適ですか?」

2016 年に設立された FormAlloy は、DED システムに特化しています。 SME の Voices AMplified シリーズで紹介されたラング氏は、同社の装置には 5 つの動作軸、閉ループ制御、複数の波長レーザー、および 16 種類の異なる合金を同じビルド (または層) に堆積できる粉末フィーダーが備わっていると述べました。

既存の製品設計を AM に変換するには、通常、従来の製造方法で製造するよりもコストがかかります。 さらに、3D プリンティング プロジェクトを検討または開始しているほとんどの企業は、やみくもにそれを行っています。

「企業は、付加的に構築される新しい設計のコストを正当化できるかどうかもわからないまま、この道を進み、多額の投資を行っている」とウォーラーズ氏は警告した。 「それが抑止力になります。何週間、何か月、あるいはそれ以上の時間を費やすことになりますが、どこに着地するかはわかりません。成功するには、多くの時間、計画、経験が必要です。」

まず第一に、企業はトポロジーの最適化などの積層造形ツールの設計を採用する必要があるとウォーラーズ氏は述べました。同氏は、これを数学に材料を配置する場所を決定させ、強度対重量比を最適化させることだと説明しています。 4 大 CAD サプライヤー (オートデスク、ダッソー システムズ、PTC、シーメンス) も AM に大々的に参入しています。

「同じ製品を使用し、多くの部品を 1 つのコンポーネントに統合すれば、これは添加剤にとって大きな利点となる可能性があります」と Wohlers 氏は述べています。 「次に、さらに一歩進めて、格子やメッシュ構造と組み合わせたトポロジーの最適化を使用して材料の除去を開始します。コストと重量を削減するために、設計に固体の壁さえ必要ない可能性があります。」

従来の製造業者にとって長い間欠かせないものであった製造実行システム (MES) も、AM で注目を集めています。 この技術は、個々の機械やさまざまな材料に至るまで、製品ライフサイクル全体を通じて見積もり、購入、ジョブの追跡に使用できます。

メーカーは単一のビルド サイクル内であっても、同じ部品の何千もの異なるバージョンを追跡する必要がある場合があるため、MES は AM にとってさらに役立ちます。 「集中型 MES は、大量のキャパシティを扱う場合に特に重要です。複数のサイトの従業員や顧客が必要に応じてキャパシティを追跡し、管理できるようになります」と Wohlers 氏は述べています。

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