3 D印刷技術の発展現状

3 D印刷技術は近年急速に発展し、多種の印刷技術が絶えず出現し、徐々に成熟している。現在よく使われている印刷技術には、立体リソグラフィ（SLA）、選択的レーザー焼結（SLS）、溶融堆積成形（FDM）、デジタル光処理（DLP）などがある。これらの技術にはそれぞれ特徴があり、SLAは高度な細部、滑らかな表面仕上げ度と厳格な公差を持つ部品の生産を得意とし、医療業界に広く応用されている。SLSはナイロンに基づく粉末を固体プラスチックに溶融し、部品はより強固で、機能試験に適している。FDMは比較的に経済的で、操作とメンテナンスが容易で、多種の材料を選択することができます。DLPはSLAに似ていますが、デジタル光プロジェクタ画面を使用することで、プラスチック部品の小ロット生産に適した構築速度が向上します。同時に、3 D印刷に関わるプロセスは多種多様であり、印刷材料から言えば、主に金属と非金属材料向けのレーザー粉末床溶着（LPBF）、接着剤噴射、レーザー配向エネルギー堆積（L-DED）及びアーク増材製造（WAAM）などに分けられ、光硬化技術、デジタル光処理、溶融堆積成形、選択的レーザー焼結などの重合物向け技術がある。長年の発展を経て、中国の多くの関連技術はすでに海外に劣らず、例えばレーザー粉末ベッドの焼結や溶融などがあるが、技術面では海外の先進企業と差があり、一部の海外研究機関と科学技術企業は依然として技術の流れをリードしている。

3 D印刷の応用分野

3 D印刷技術の応用分野は非常に広い。工業設計分野では、複雑な部品やモデルを迅速に製造し、製品開発周期とコストを短縮し、伝統的なプロセスでは実現しにくい複雑な構造を製造し、製品設計により多くの可能性を提供することができる。医療分野では、義肢、歯、骨などの医療機器の製造に広く応用され、人体組織と器官モデルの製造にも使用され、医師に手術の参考を提供することができる。教育分野では、学生が抽象概念と空間構造をよりよく理解するのを助け、教育モデルと教具を作るのに使用することができる。自動車分野では、高速プロトタイプ製作、工具、治具、生産部品などに用いることができ、3 D印刷技術を通じて各種工具、治具、治具と使用可能な部品のプロトタイプを迅速に印刷することができ、企業のテストと生産をより便利にし、一部の小ロットカスタマイズ工具の製造に対して、企業コストを大幅に節約することができる。建築業界では、建築モデルの迅速な建築と個性的な設計に使用でき、無駄を減らし、時間コストを節約し、建築物の安全性と持続可能性を高めることができる。文化芸術の分野では、芸術品、ジュエリーの製造、古物の復刻などに使用でき、より正確で保護的な文化芸術の伝承を実現することができる。生体医療の分野では、心臓弁、血管ステントなどの生体内機能に適した部材や部品を印刷し、生体により正確な解剖構造を提供することができる。また、3 D印刷技術は航空宇宙、部品印刷などの分野で重要な役割を果たしている。

3 Dプリント市場規模予測

3 Dプリント市場規模は持続的な成長が見込まれている。中研普華研究院が作成した「2024-2029年中国3 D印刷業界市場競争分析と発展見通し予測報告」によると、3 D印刷技術はすでに多くの分野で広く応用されており、3 D印刷業界の見通しは広い。2024年の世界3 Dプリント業界の市場規模は248億ドルに達する見込みで、コンピュータシミュレーション市場は広大な市場見通しと巨大な発展潜在力を持ち、技術の絶えずの進歩と応用分野の絶えずの開拓に伴い、市場規模は引き続き安定した成長傾向を維持する。2023年の3 Dプリント市場規模は221.4億ドルで、2022年より26.8%増加し、予想をはるかに上回った。複合年成長率21%に基づいて計算すると、2024年の市場規模は248億ドルに達し、2028年末までに571億ドルに達する見通しだ。

3 D印刷技術の選択理由

企業が3 D印刷技術を選択した理由は多い。価格面では、現在3 Dプリントは主にサンプルの作成に使用されており、金型などの生産ツールが必要なく、材料の無駄が少なく、明らかなコストメリットがあり、生産数量がある数値より小さい場合、小ロット生産に使用するのもコストメリットがある。速度の面では、3 D印刷サンプルは往々にして数時間しかかからず、大型サンプルも数日しかかからず、伝統的な金型を開いてサンプルを作る数週間より明らかに速い。種類の面では、3 D印刷にはFDM、SLA、SLS、SLM、DED、接着剤噴射、冷間噴射などの多種の技術があり、使用材料もますます多くなり、多種のプラスチック、金属、セラミックスなどを含め、さらにはガラス、木材などの前に印刷できなかった材料も徐々に攻略されている。成形面では、3 Dプリントの成形能力は非常に良く、他のプロセスでは実現できない複雑な幾何構造を構築することができ、生成式設計とトポロジー最適化の結果を十分に支持し、同強度を維持し、強度を高めることを前提に軽量化を実現する。品質の面では、3 D印刷はこれまで良い精度を提供することができ、公差が小さく、良質な材料は良好な機械性能を提供することができ、表面に層紋があるが、後処理によって解決することができる。また、増材製造の最大の利点の1つは、使い捨てまたは小規模な3 D印刷生産を迅速かつ経済的に行うことができ、各分野の設計エンジニアは3 D印刷技術を利用して設計案を迅速に原型化することができ、反復周期は数ヶ月から数日に短縮される。

3 D印刷プロトタイプから本番アプリケーションへ

3 Dプリントは最初にプロトタイプ設計分野に応用され、設計構想を迅速に提示し、結果をタイムリーにフィードバックし、研究開発周期を大幅に短縮することができる。技術の発展に伴い、3 Dプリントは最終部品や製品の製造を開始し、航空宇宙、医療、自動車などの分野に応用されている。製品の種類を見ると、最終製品の部品と生産分野の補助工具の2種類に大別できる。生産段階は3 D印刷の最大市場であり、伝統的な製造方式に比べて、3 D印刷は伝統的な製造方式の技術的制限を突破し、幾何形状が高度に複雑で、重量が超軽量で、性能が安定している部品を生産することができる。悪性競争ではなく「ケーキ」を作ることが、3 Dプリント業界の業者の共通認識になっている。最近、複数の3 D印刷装置メーカーが連続印刷、製造チェーンシステム統合、品質制御などの分野で実用化しており、3 D印刷が「量産」に近づいていることを意味している。2024年には、業界全体がプロトタイプ製造分野から量産分野に徐々に拡大し、航空宇宙、自動車、医療、教育などの分野で広く応用されている。将来的には、技術の成熟とコストの低下に伴い、3 Dプリントはより多くの分野で応用されるだろう。

3 D印刷の一般的な技術

一般的な3 D印刷技術にはさまざまな種類があります。溶融堆積成形（FDM）は最も一般的な技術の一つであり、可塑性材料を加熱して押し出すことにより、底板の上に必要な形状に1層ずつ堆積し、迅速かつ使いやすいだけでなく、複雑な3 Dモデルの印刷にも使用でき、使用する原材料は主にポリプロピレン、ABS、鋳造パラフィンなどである。光硬化成形（SLA）は液体感光性ポリマーに基づく技術であり、レーザービームを用いて感光性ポリマー材料を所望の形状に硬化させ、通常は高精度のモデルと製品を製造するために用いられる。選択的レーザー焼結（SLS）は粉末材料を用いた技術であり、レーザーを用いて粉末を構築台に焼結して3 Dモデルを形成し、複雑で堅牢な部品を製造することができ、特に原型製造と直接製造に適している。電子ビーム融解（EBM）は電子ビーム材料を用いて成形する技術であり、高エネルギー電子ビームを用いて金属粉末を融解し、層ごとに金属部品を構築し、通常は金属部品の製造に用いられ、特に航空宇宙、自動車、医療などの分野に適している。3次元印刷（3 DP）技術は、石膏粉末に水性接着剤を印刷し、材料を接着し、インクジェットヘッドを用いて所望の領域に染色することにより、高度に精細なモデルを製造することができ、しかもコストが非常に低い石膏粉末に基づく技術である。また、デジタル光処理（DLP）、投影マイクロ立体成形（PμSL）、積層製造（LOM）など多くの技術がある。

3 D印刷分野は現在盛んに発展している。技術は絶えず進歩し、多種の印刷技術は日に日に成熟し、それぞれ優位性があり、応用分野は持続的に拡大し、工業設計から医療、教育、自動車、建築などの多くの分野にわたって重要な役割を果たしている。人工知能と3 Dプリントの統合は技術の効率と品質制御能力をさらに向上させた。市場規模も拡大しており、将来の成長潜在力は大きい。企業が3 D印刷技術を選択するのには多方面の合理的な原因があり、3 D印刷もプロトタイプ設計から量産に向かっている。一般的な印刷技術は豊富で多様で、ニーズの異なるユーザーに多様な選択肢を提供しています。3 Dプリント分野は将来的に製造業の変革をリードし続け、各業界により多くの革新と発展のチャンスをもたらすことが予想される。