COVID-19が産業横断的に3Dプリンティング導入を加速させる理由

未曾有の混乱と適応

数週間で、COVID-19パンデミックは世界中の生活を一変させ、その影響は日々深刻化しています。この混乱の迅速さと浸透性は現代史上類を見ず、ウイルス拡散抑制の努力で経済全体が停止する事態となっています。社会は混乱に迅速に適応することを強いられ、長らく自らの破壊的潜在力で謳われてきたテクノロジーに多くの場合転向しています。

サプライチェーンにおけるアディティブ・マニュファクチャリングの瞬間

サプライチェーンにおいて、アディティブ・マニュファクチャリング、別名3Dプリンティングがついにその瞬間を迎えています。

医療サプライチェーンへの衝撃と3Dプリンティングの対応

産業横断的にサプライチェーンは工場閉鎖や生産制限で大きな打撃を受けています。しかし、マスクや手袋などの保護具、そして人工呼吸器のような重要な救命装置の需要が急増する医療サプライチェーンほど逼迫したものはありません。病院は間もなく圧倒され、キャパシティと物資が限界まで追い込まれるでしょう。この前例のない挑戦に直面し、アディティブ・マニュファクチャリングがギャップを埋めるために踏み込みました。

イタリア・ブレシアでの実例：人工呼吸器バルブの現地生産

サプライヤーが救命用人工呼吸器バルブの急増する需要を満たせなかったとき、北イタリアで最も深刻な被害を受けた地域の一つ、ブレシアの病院はアディティブ・マニュファクチャリングに転じました。地元企業Issinova、Lonati SpA、The FabLabと密接に協力し、病院は人工呼吸器バルブの設計をリバースエンジニアリングしました。6時間以内に、現地で新しいバルブを3Dプリンティングし、命を救いました。

世界的な3Dプリンティングコミュニティの対応

それ以来数週間、世界中の3Dプリンターが病院への供給を維持するために稼働し続けています。FormlabsやMatterHackersのようなプロバイダーは、病院と3Dプリンターを共有したい顧客をつなぐオンラインハブを設置しました。SmileDirectClubからVolkswagenまで、企業がアディティブ・マニュファクチャリング能力を志願提供し、重要な保護具と人工呼吸器部品を供給しています。一方、メーカーの成長するオンラインコミュニティがCAD設計とアイデアを共有し、パンデミックに対応しています。

MasksOnイニシアチブへの個人的支援

私が個人的に支援しているイニシアチブの一つがMasksOnで、高リスク環境の臨床医に5万個の再利用可能・サニタイズ可能なフェイスマスクを提供することを目指しています。このイニシアチブは、フルフェイスシュノーケルマスクを再利用可能なフェイスシールドに変換し、3Dプリンティングで医療グレードの呼吸フィルターアダプターを大量生産しています。（COVID-19パンデミックに特化した3Dプリンティングコミュニティリソースとプロジェクトの完全なリストはこちらで見つけられます。）

グローバルサプライチェーンの脆弱性の露見

この危機におけるアディティブ・マニュファクチャリングコミュニティの対応は感動的です。しかし、パンデミックが明らかにしたのは、グローバル化されたサプライチェーンの根本的な脆弱性です。組織は遠隔地や海外サプライヤーへの依存を見直すことを強いられています。

将来への展望：パンデミックが触媒になるか？

3Dプリンティングがまだすべてのものについてローカライズド製造を支えるスケールで利用可能ではないものの、パンデミック対応の初期結果は有望な未来を指し示しています。パンデミックがサプライチェーンにおけるアディティブ・マニュファクチャリングへの大規模なシフトの触媒になる可能性はありますか？

未来がどうなるか、ここに示します：

オンデマンド、オンサイト、ジャストインタイム

サプライチェーン混乱はパンデミックに限定されません。自然災害、貿易政策、労働争議がすべて物資の流れを中断し、クリティカルな運営を遅延させる可能性があります。アディティブ・マニュファクチャリングは、ブレシアの病院が示したように、オンデマンドで、オンサイトで部品をプリントすることでギャップを埋められます。その結果、海外生産と輸送を迂回することで運営混乱を短縮または排除できます。

深海石油リグでパイプラインが破損したケースを考えてみてください。交換部品を待つのに数日かかり、リグの運営がアイドル状態になり収益が保留されます。3Dプリンターがあれば、リグのエンジニアが迅速にパッチクランプを設計・プリントし、サプライヤーが長期的な交換部品を出荷するのを待つ間、ポンピングを再開できます。

ブレシアで人工呼吸器バルブをアディティブ・マニュファクチャリング用にリバースエンジニアリングしたメーカーたちは、現在、病院の元人工呼吸器バルブサプライヤーから特許侵害の潜在的訴訟に直面しています。将来の知的財産紛争を緩和するため、メーカーは設計を顧客にライセンス供与し、予期せぬサプライギャップを埋めるためにローカルで交換部品をプリントできるようにすることができます。これは逆に、メーカーが製造コストを顧客に「アウトソース」することでメーカーの節約を促進します。

非専門家による設計

ブレシアの3Dプリント人工呼吸器バルブが示したように、特定部品の設計経験がほとんどないエンジニアでも、機能的な設計を迅速にエンジニアリングし、アディティブ・マニュファクチャリングで作成することが可能です。他の製造技術とは異なり、アディティブ・マニュファクチャリングの柔軟性により、エンジニアとデザイナーは製造可能性の制約向けに設計を調整する数年の経験を必要としません。

アディティブによる経験浅いデザイナーのエンパワーメントは、生成設計、別名AI支援設計によってさらに進められます。今日のソフトウェアは、異なる製造技術向けに自動的に最適化し、設計と製造の間の時間を短縮します。アディティブ・マニュファクチャリング向けに設計を最適化することは、サプライチェーンへの影響だけでなく、より良い設計を解き放つことができるため特に価値があります。

生成AIは、デザイナーのすべての目標と制約を満たす最良かつ最も効率的な設計を見つけるために数千回のシミュレーションを実行し、重量、強度、熱特性、流体力学などを最適化します。ほとんどの場合、結果は人間のデザイナーが傾向する硬直した直線と多面体とは異なる、複雑な有機的幾何学形状を含みます。その結果、これらの有機的で不規則な形状がアディティブ・マニュファクチャリングによって最も効果的に作成できることがわかります。

部品統合

生成設計のもう一つの利点は、複数のコンポーネントで構成されるアセンブリの設計を統合でき、それらをアディティブ・マニュファクチャリングでプリントできることです。部品の分散サプライチェーンを持ち社内で組み立てる代わりに、アセンブリ全体をオンサイトでプリントできます。

部品統合は製造業者に大幅な節約をもたらせます。減法製造とは対照的に、アディティブ・マニュファクチャリングは設計に必要な材料のみを使用し、廃棄物と材料コストを削減します。部品輸送コストも排除され、組み立てる部品が少ないため組立コストも削減されます。

複雑なアセンブリの統合は、パンデミック中に不足する一部の重要な救命装置にとって特に価値があるかもしれません。急増する需要に対応する新しい設計に取り組むエンジニアがすでにいます。CoVent-19チャレンジは、病院の患者苦しむ呼吸を管理する能力を高めるため、革新的で迅速に展開可能な人工呼吸器を開発するクラウドソーシング努力です。

Jesse Coors-Blankenship氏はPTCの先進開発担当シニアバイスプレジデントです。