あなたの業界は3Dプリントの採用においてどの程度成熟していますか？ [インフォグラフィック]

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3D印刷は現在、プロトタイピング、製品開発、製造のために多くの業界で使用されています。自動車から建設まで、業界はデジタルトランスフォーメーションを推進するために3D印刷を採用しており、リードタイムの​​短縮、設計の自由度の向上、デジタル製造の恩恵を受けています。

しかし、多くの企業は3D印刷の採用に躊躇しています。これは、多くの場合、テクノロジーが現在どのようにセクターで使用されているかについての理解が不足しており、投資するのに適切な時期かどうかが不確実であるためです。 。

業界全体での3D印刷の採用

企業が3D印刷が業界全体でどのように進化しているかをよりよく理解できるように、8つの主要な業界を強調した成熟度チャートをまとめました。以下のインフォグラフィックをご覧ください：


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チャートは、以下に説明する4つの主要な採用段階に分かれています。

• 初期段階 。この段階では、アーリーアダプターはテクノロジーの機能を調査し始めたばかりです。多くのR＆Dイニシアチブとパイロットプロジェクトがありますが、実際のケーススタディはほとんどありません。

• 思春期 。テクノロジーの機能は進化しています。企業はプロトタイピングアプリケーションに3D印刷を採用しており、より多くのケーススタディが利用可能になっています。

• 初期の主流 。 3D印刷の使用は、ツーリング、機能プロトタイピング、および一部の最終用途の製造プロジェクトにまで拡大します。テクノロジーのベストプラクティスが開発され始めています。新しいケーススタディがより頻繁に表示されます。

• 成熟段階 。この技術は、多くの産業部門にわたる製造方法として実証され、よく理解され、確立されています。主要な規格が開発され、大規模な再現性のある品質が可能になりました。

3D印刷の採用レベルは、セクターによって大きく異なります。以下では、それを採用している主要な8業界の技術の状態と、各セクターの3D印刷の将来がどのように見えるかを探ります。

航空宇宙

ステージ ：初期の主流

航空宇宙産業は、3D印刷を最も早く採用した企業のひとつであり、このテクノロジーの最初の使用は1989年にさかのぼります。20202年、航空宇宙は104億ドルの添加剤の16.8％を占めています。製造市場は、業界内の継続的な進歩に大きく貢献しています。

明らかに、航空宇宙は3D印刷で最も成熟した産業の1つです。ここで、このテクノロジーは、プロトタイピングおよびツーリングアプリケーションに価値をもたらし、さらには最終部品の生産にも価値をもたらします。

GE、エアバス、ボーイング、サフラン、GKNなど、業界最大のプレーヤーの一部は、特に金属用の最先端の3D印刷技術を製造プロセスに実装しています。

その好例は、ボーイングの777Xツインエンジンジェットで、今年初めにGE9Xエンジン内に6つの3Dプリントパーツを搭載して初めて飛行しました。これらの部品の中には、GEの有名な3D印刷された燃料ノズルや、温度センサー、燃料ミキサー、熱交換器やセパレーターなどの大型部品などがあります。

印刷の最終用途に加えて、部品では、航空宇宙産業は3D印刷のさらなる産業化に大きく貢献しています。注目すべき取り組みには、進行中の標準化活動や研究イニシアチブが含まれます。

たとえば、ボーイングはOerlikonと協力して、2018年2月に航空宇宙アプリケーション向けのチタン3D印刷を標準化しましたが、SAEInternationalは2018年に航空宇宙での3D印刷に関する4つの異なる標準を発行しました。

業界が標準化について話し始めたとき、それはテクノロジーがエキゾチックなものから日常的な製造へと移行していることを明確に示しています。

航空宇宙分野での3D印刷の予測成長率を見ると、市場レポートでは、今後5年間でCAGRが17.5％から20.24％になると予測されています。これらの数字は、航空宇宙企業が新しいユースケースを見つけ、3D印刷の専門知識を深めているため、テクノロジーの使用が増え続けることを示唆しています。

まとめる

航空宇宙企業は、3D印刷の最も高度なユーザーの一部です。 3D印刷を生産に組み込むだけでなく、標準化の取り組みにも貢献しています。 3D印刷された部品を搭載する航空機が増えるにつれ、この技術は明らかに採用の初期の主流段階に達しました。

医療

ステージ ：初期の主流

3D印刷は医療業界で大きな牽引力を獲得し、個別のケアを提供し、カスタム医療機器や術前モデルを製造する機会を拡大しています。

市場調査会社のレポートによると、SmarTechは、材料、サービス、ソフトウェア、ハードウェアを含む医療用3D印刷の市場は、現在12億5000万ドルと推定されています。 2027年までに、この数は60億8000万ドルに増加すると予想されています。

医療用3D印刷では、3つの主要なセグメントは整形外科、個別手術、医療機器です。

整形外科は、最大の成長機会の1つです。 SmarTechは、2021年までに10億を超える金属で3Dプリントされたインプラントがあると予測しています。

この成長の主な推進力の1つは、3Dプリントを使用して優れた整形外科用インプラントを作成できることです。このようなインプラントは複雑なメッシュ構造を特徴としており、これにより骨の内部成長が改善され、最終的には治療結果が改善されます。

さらに、3D印刷は、歯科モデル、歯科矯正アライナー、修復物などの製造における主要なデジタルプロセスになるのに適した位置にあります。

3D印刷によってもたらされる利点（カスタマイズの向上や高精度など）は、「[歯科]を次のレベルに引き上げ、業界全体を添加剤に移行する段階に到達する」ことです。 SmarTechAnalysisの調査担当副社長であるScottDunham氏は予測しています。

透明な歯列矯正器であるクリアアライナーは、3Dプリントで繁栄する態勢を整えている市場です。たとえば、InvisalignクリアアライナーのメーカーであるAlign Technologyは、最近3DSystemsのSLA3D印刷技術への投資を増やしました。 Alignでは、このテクノロジーを使用して、1日あたり32万を超える独自のクリアアライナーの金型を製造しています。

同様に、リモートクリアアライナー療法のパイオニアであるSmileDirectClubは、49HPのフリートを確立しました。 Jet Fusion 42103Dプリンター。同社は現在、来年に約2,000万個の口型を3Dプリントすることを目指しています。

3D印刷技術と材料が進歩するにつれて、歯科会社はクリアアライナーの直接3D印刷に移行するでしょう。今後数年間。

ただし、これを可能にするための重要な要素は、医療および歯科の3D印刷における展開の可能性に対応する医療規制当局の能力です。

Toまとめ

医療業界での3D印刷の採用は、航空宇宙業界での採用に近いものです。ただし、歯科などのセグメント全体を主要な製造技術として3D印刷に移行する可能性があるため、医療を少し先に進めました。

自動車

ステージ ：初期の主流

2020年の時点で、3D印刷は、主にプロトタイピングおよびツーリングアプリケーションのテクノロジーとして自動車業界での地位を確立しています。しかし、この技術は、特にモータースポーツや高級車向けに、シリーズおよびカスタマイズされた最終部品の生産で大きな牽引力を獲得しています。

過去12か月間、大手自動車会社が3Dプリント部品を車両に導入しているのを見てきました。たとえば、フォードは樹脂ベースの3DプリンターのメーカーであるCarbonと協力して、車両の最終用途とスペアパーツを製造しています。パーツには、レバーアームサービスパーツ、補助プラグ、パーキングブレーキブラケットが含まれます。

2018年後半、BMWは、2010年から量産されている100万番目のコンポーネントを3Dプリントしたと報告しました。 BMW i8ロードスターのウィンドウガイドレールであるコンポーネントは、HPのマルチジェットフュージョンテクノロジーを使用して3Dプリントされました。

ポリマーに加えて、金属3D印刷は、自動車においてより強力な足場を築いています。これは特に、より安価で高速な金属バインダー噴射技術の導入によって推進されており、連続生産とマスカスタマイゼーションでより費用効果が高いことが証明されています。

たとえば、フォルクスワーゲンは、HPの新しいメタルジェットテクノロジーを使用して、量産車用の構造部品を製造しようとしています。自動車メーカーは、今後2〜3年以内にこの目標を達成することを望んでいます。

これらの傾向は、自動車業界が生産ワークフロー内で3D印刷の工業化に向かって競争していることを示しています。

まとめる

自動車での3D印刷の使用は、技術の急速な進歩のおかげで、ごく最近主流の初期段階に達しました。これにより、3D印刷は、単なるプロトタイピングツールから、高級車やレーシングカーなどのニッチ市場向けの生産ソリューションに移行することができました。

今後、高級車やスポーツカー以外にも、3Dプリントされた部品が車両に搭載されるようになるでしょう。これにより、自動車メーカーは、オンデマンド生産やカスタマイズされた生産などのサプライチェーン最適化戦略をはるかに広範な規模で調査および実装できるようになります。

エレクトロニクス

ステージ ：青年期

エレクトロニクス産業は、3Dプリントの若くて成長している分野です。

「現在、3D印刷された電子機器のスペースは、おそらく従来のAMスペースが約5年前にあった場所です」と、電子機器の3DプリンターのメーカーであるNanoDimensionの共同創設者であるSimonFriedは次のように述べています。 AMFGへのインタビュー。

「現在、これは主にラピッドプロトタイピングですが、電子機器の大量の積層造形が見られるようになるまでには、ほんの数年しかかかりません。」

3D印刷を活用することで、エンジニアは複雑な回路基板やアンテナのプロトタイプを社内で設計および製造できます。

メーカーにとって、これは製品を加速できることを意味します。価値の高いプロジェクトをサードパーティにアウトソーシングする必要をなくすことによる開発プロセス。

OptomecとNanoDimensionは、現在3Dプリント電子機器市場で最大のプレーヤーの2つです。どちらも機能的な電子部品を製造できるシステムを開発しています。

特に、台湾の電子機器会社LITE-ONは、2016年からOptomecのAerosol Jet Technologyを使用して家電製品のアンテナとセンサーを3Dプリントしています。この例だけでも、大きな、しかしほとんど未開発の可能性を示しています。技術の。

3D印刷された電子機器を主流に移行するには、まずテクノロジーをよりスケーラブルにして、より多くの生産量を提供できるようにする必要があります。材料と設計ソフトウェアも、電子機器メーカーがより複雑で機能的な部品を3Dプリントできるようにするために追いつく必要があります。

過去数年間で、3Dプリントされた電子機器に大きな進歩が見られました。これらの進歩により、電子機器の3D印刷は、単なるプロトタイピングツールから直接生産へとゆっくりと移行しています。

まとめ

現在、電子機器の3D印刷は、思春期の段階にとどまっています。有用なプロトタイピング技術としての地位を確立していますが、主流になるまでには長い道のりがあります。

建設

ステージ ：初期

ここ数年、建設中の3Dプリントは多くの興奮をもたらしました。多くの点で、この興奮は、完全に3Dプリントされた家の魅力的なアイデアに関するメディアの誇大宣伝によって煽られてきました。

しかし、誇大宣伝にもかかわらず、建設業界での3D印刷は、非常に初期の段階にとどまっています。

過去数年間に実現された建設プロジェクトの大部分は、デモンストレーションのみを目的としています。これらのプロジェクトの価値は数億ドルであり、建設業界の世界の年間収益が10兆ドルであるのと比較すると、海が下がっています。

現在、3Dプリントには4つの主要なアプリケーションがあります。建設業界：

• コンクリート押し出し。3Dプリンターがコンクリート材料の特殊な配合を押し出し、壁などの構造を作成します。
• 金型の3D印刷。これは、後で建築コンポーネントの製造に使用されます。
• 直接エネルギー蒸着などの大規模な金属技術を使用した、橋などの金属構造の3D印刷;
• インテリアデザインおよび建築モデル用の3D印刷。

これらのアプリケーションは、成熟度が異なります。たとえば、コンクリート3D印刷を使用して、建物の基礎や壁を作成できます。しかし、これは家を建てるのに必要なもののほんの一部であり、暖房、配管、電気、窓、フローリング、屋根、表面仕上げの設置は含まれていません。

ただし、コンクリートは、今後数年間で大幅に改善する可能性があります。世界のコンクリート3D印刷市場は、2018年の3,056万ドルから2024年までに5,789万ドルに成長すると予測されています。

この成長は、新しい革新的な建設プロジェクトの増加によって大きく促進されます。たとえば、ドバイには、今後6年間で新しい建設プロジェクトの25％に3D印刷を実装するという野心的な使命があります。

現在、建設における3D印刷の最大の成果の1つは、 3D印刷の力を活用して複雑で大きな金型を製造する、ジョイントとファサードの製造。

ニューヨーク市の42階建ての住宅および商業ビルの最近の改修プロジェクトは、これを大いに示しています。

建物の新しいファサードに取り組んでいた会社、Gate Precastは、プロジェクトのために木型を作成することは、完了するまでに最大9か月かかる可能性のある主要な作業になることを発見しました。

プロセスをスピードアップするために、同社は大規模な3D印刷技術であるBAAMを使用し、8時間と11時間で40個の金型を印刷することができました。

3D印刷された金型の製造が高速化されただけでなく、建築家は革新的な形状を設計に組み込むための柔軟性が大幅に向上しました。

要約すると

建設業界向けのテクノロジーの機能が具体化し始めたばかりであるため、建設業界では3Dプリントを早い段階で導入しました。現在、建設業界は3Dプリントで可能なことのほんの一部にすぎません。現在のところ、3Dプリントされた家は非常に遠い見通しです。

建設会社が3D印刷された家の約束を果たすために、3D印刷を組み込む前に、まだ多くの研究開発が進んでいます。

とはいえ、作業構造を製造する技術の能力はまだ限られており、それらを前進させるにはさらなる研究開発が必要になります。

近い将来、3D印刷は建築モデル、インテリアデザインのコンポーネント、金型に引き続き使用されます。

しかし、長期的には、技術を改善および進歩させる余地がたくさんあり、建築家と建設エンジニアの両方に多くの機会を生み出しています。

石油とガス

ステージ ：初期

多国籍石油・ガス会社であるBPは、今後数年間でエネルギー部門に大きな影響を与える6つのテクノロジーの1つとして3Dプリントを挙げています。このセクターの主なメリットには、製品のパフォーマンスの向上、コストとリードタイムの​​削減、より柔軟で分散型のサプライチェーンがあります。

これらのメリットにもかかわらず、石油・ガス業界でのテクノロジーの採用は遅れており、企業は主にプロトタイピングアプリケーションやパイロットプロジェクトに3Dプリントを使用しています。

1つ石油とガスでの3D印刷の採用が遅れている主な理由は、業界最大の利害関係者が完全にサプライチェーンに依存していることです。石油およびガスのTier1およびTier2サプライヤーは、実績のある製造方法に依存する傾向があり、3D印刷などの新しい製造プロセスの採用に抵抗があります。

ただし、GEやSiemens Oil＆Gasなどのパイオニアは、ターボ機械部品、インペラー、バーナー、バーナースワールを製造する技術を使用して、3D印刷を製造サプライチェーンに統合し始めています。

このようなアプリケーションでは、SLM、EBM、DEDなどの金属3D印刷技術が、石油およびガス業界にとって最も有益です。特にDEDは、新しい部品を製造するだけでなく、既存のコンポーネントを修理する能力を考慮すると、このセクターにとって価値がある可能性があります。

まとめる

世界経済フォーラムは、3D印刷により、石油・ガス会社にとって300億ドル相当のコストと時間を節約できると見積もっています。

この価値をつかむには、業界がテクノロジーの最も価値のある初期の使用法を特定することに取り組むことが重要です。これは、石油・ガス会社がその可能性を最大化するための技術に対する能力と信頼を構築するのに役立ちます。

最後に、3D印刷を石油・ガス内でより主流の用途に移行するには、技術を進歩させて満たす必要があります。堅牢なパフォーマンスと業界の安全基準。

石油・ガスで使用するための3D印刷プロセスと材料を認定することを目的として、すでに多くの研究イニシアチブが行われています。

たとえば、南洋理工大学と世界的な品質保証会社であるDNL GLは、最近4年間の研究協力協定に署名しました。この契約は、海事および石油・ガス業界における3D印刷の業界標準、品質保証プロセス、および認証の開発に焦点を当てています。

現在の採用率と標準化率を考えると、石油・ガス会社は今後5〜10年以内にサプライチェーンに3D印刷を取り入れ始めると予測しています。

工業製品

ステージ ：初期の主流

工業製品セクターには、他の製品の製造に使用される機械部品、工具、および機器の製造が含まれます。この分野では、3D印刷は、リードタイムの​​短縮、新しい設計の機会、オンデマンド生産など、さまざまなメリットをもたらします。

これらの利点と技術と材料の成熟のおかげで、3D印刷は現在、工具から機械部品やスペアパーツに至るまでのアプリケーションでますます使用されています。

たとえば、世界最大の資本財企業の1つであるCNHインダストリアルは、最近、製造プロセスに3D印刷を導入すると発表しました。主な重点分野は、バスや農業機械用のスペアパーツの生産です。

同社は、プラスチックで製造される最初の4つの部品をすでに特定していますが、まもなく金属3D印刷をその機能に追加することを検討しています。最終的に、CNHインダストリアルは、「製品のライフサイクルのあらゆる段階であらゆるタイプのニーズに対応する」ために、3D印刷を使用してあらゆる種類の部品を製造することを望んでいます。

資本財メーカーは、最初の特殊機器ではありません。 3Dプリントされたスペアパーツの価値を実現する会社。建設中、Caterpillar社は数年前からスペアパーツに3Dプリントを使用することを検討してきました。シーメンスモビリティも、鉄道サービス用のスペアパーツの3Dプリントを開始しました。

さらに、デスクトップ3Dプリンターの成熟と産業用への移行により、治具や固定具などの工具用途に3D印刷を採用することが容易になります。

一方、砂の3Dプリンターは、重機や機械の部品用の砂のコアや金型を製造するために、鋳造所でますます使用されるようになっています。サンド3D印刷は、従来の方法よりもリードタイムが大幅に短縮され、人為的ミスの可能性が少ない金型を製造できるという点で役立ちます。

まとめ

工業製品の3D印刷は明らかに初期の主流段階に達しており、多くの大手企業が最終用途やスペアパーツを製造する技術を実装しています。

工業製品業界は、すでに3Dプリントのメリットを享受し始めています。この進歩に基づいて構築するには、業界は標準化と研究活動で協力する必要があります。これは、より適切なユースケースを特定し、テクノロジーへの信頼を高めるのに役立ちます。

消費財

ステージ ：青年期

消費財業界では、3D印刷のアプリケーションは主に、製品の設計および開発段階で使用されるプロトタイプの作成に重点が置かれています。

ただし、ラピッドプロトタイピングは依然として重要です。アプリケーションでは、テクノロジーの真の可能性は、消費者製品の直接製造にある可能性があります。 3D印刷を使用して最終用途の消費者製品を製造する主な利点には、費用効果の高いカスタマイズと設計の自由度の向上が含まれます。

2019年現在、靴、アイウェア、ジュエリー、自転車の製造は、生産で3Dプリントを活用する最大のセグメントです。

アイウェア業界は、最終用途の生産に3D印刷を使用する先駆者です。ベルリンのアイウェア会社であるMykitaGmbHは、2011年に世界初の3Dプリントアイウェアコレクションを立ち上げました。同社は、ポリマーSLSテクノロジーとナイロン素材を使用して、MYLONコレクションのサングラスのフレームを作成しています。

さらに、靴業界は、より迅速なイノベーションとマスカスタマイゼーションを可能にするデジタル靴製造ワークフローを開発するために多額の投資を行っています。

このため、adidas、Nike、New Balance、Reebok、Under Armourなどのブランドは、SLS、SLA、CarbonのDLSなどの3D印刷技術を採用して、ミッドソールやインソールなどの3D印刷要素を履物に導入しています。

ジュエリーセグメントでは、3Dプリントは2つの点でジュエリーメーカーに利益をもたらします。 1つは、従来の方法よりも安価で迅速に製造できる3D印刷インベストメント鋳造パターンによるものです。

2つ目のアプローチは、貴金属を直接使用してジュエリーを3D印刷する方法です。どちらの方法でも、他の方法では作成できない薄い壁と複雑なディテールを備えたカスタムジュエリーを作成できます。

自転車メーカーも、3Dプリントを生産に導入しています。この新しい機会は、主に成熟した複合3D印刷技術によって推進されています。複合3D印刷を使用することにより、自転車メーカーは、より確立された方法よりも迅速かつ簡単にカスタマイズされた自転車を作成できます。

確かに、消費財業界のこれらのセクター内でも3D印刷の採用率はまだ比較的低いです。特に、航空宇宙や医療などの先駆的な業界と比較した場合。

ほとんどの消費財企業にとって、3D印刷の生産ラインを実装することは、少なくとも今のところ、経済的に実行可能ではありません。一つには、3D印刷の生産量は、現在、従来の製造で達成された量と競合することはできません。

それでも、3D印刷の費用対効果が向上したとしても、この技術が消費財市場のサブセクターでの大量生産方法に完全に取って代わることはありそうにありません。

まとめる

消費財セクター内での3D印刷の多くの新しいアプリケーションにもかかわらず、このテクノロジーは、特に航空宇宙や医療などの業界と比較した場合、まだ採用の初期段階にあります。射出成形などの確立された方法と比較して、生産量も少なくなります。

ただし、テクノロジーの拡張性が高まるにつれ、今後5年間で、最終用途向けに3D印刷を試験的に導入する消費財企業が増えるでしょう。これは、テクノロジーから最も恩恵を受けることができるアプリケーションと製品を特定するのに役立ち、企業がそれを生産ワークフローに導入できるようにします。

デジタルマニュファクチャリングに3Dプリントを採用

航空宇宙から消費財まで、業界はデジタルトランスフォーメーションを採用しており、3D印刷は、この変化を推進する主要なテクノロジーの1つです。

3D印刷は、企業がより優れた製品をより早く製造し、運用とサプライチェーンを最適化し、探索するのに役立ちます。新しいビジネスモデル。

ただし、テクノロジーの採用率は業界によって異なります。この率は、航空宇宙や医療などの少量で高価値の部品を生産する業界、または自動車や消費財業界など、より迅速な製品開発とカスタマイズが必要な業界で最も高くなります。

3D印刷によって提供される最大の価値を生み出す機会には、製品機能の向上、生産効率の向上、カスタマイズの向上、市場投入までの時間の短縮、特に資産の多い業界向けのオンデマンドスペアパーツが含まれます。

このため、航空宇宙、医療、自動車、工業製品業界の企業は、テクノロジーへの投資を加速しています。

とはいえ、テクノロジーが真に広く採用される前に克服しなければならない特定の障壁がまだあります。これらには、材料とプロセスの標準化、製造コストの削減、再現性と信頼性の向上が含まれます。

3Dプリンターメーカーやその他の業界の利害関係者は、これらの課題に正面から取り組んでいます。彼らは、閉ループ制御システムを備えたマシンを強化し、標準を開発するために提携し、自動化によってワークフローを改善することによって、これらの制限に対処しています。

製造エコシステムは、3D印刷技術の能力の向上もあって、非常に急速に変化しています。このエコシステムで成功するには、企業は3D印刷を超えてプロトタイピングを検討し、デジタルマニュファクチャリングに移行することで達成できる戦略を立てる必要があります。