最新動向/市場予測

3Dプリンティング

TMT Predictions 2019

グローバル版:停滞期から成長期へ

・日本版抄訳(日本語)

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 3D printing growth accelerates again

 

日本の視点:国内量産現場での課題

3Dプリンタ国内市場も堅調な成長が予測されている

グローバル版本編では、グローバル市場における3Dプリンタの市場成長と、製造業による3Dプリンタ活用に向けた取り組みに関する提言をしているが、このセクションでは、日本市場に目を向けてみたいと思う。

2017年の日本国内3Dプリンティング市場の売上高は前年比8.9%増の308億円で、2022年には476億円の市場規模(2017年からの年平均成長率9.1%)になるという市場予測がある。ここでは3Dプリンタ本体市場のうち本体価格50万円以上の「プロフェッショナル3Dプリンタ」の出荷台数も堅調に成長していくと予測しており、今後家庭ではなくよりビジネスの製造現場で3Dプリンタが活用されていくことが想定される1

グローバル市場では3D SystemsやStratasys、HPといったプレイヤーが大学や研究機関ならびに素材メーカー、最終製品メーカーと共同研究開発、またはエコシステムを形成し、更なる技術開発(製品性能、使用可能素材拡大)を行い、市場拡大とシェアの拡大を狙っている。

こうした中、日本企業も3Dプリンタの開発・活用を加速させている。グローバルトレンドと同様に金属3Dプリンタやフルカラー3Dプリンタの本体開発や、製造部品、人口骨、義手/義足といった医療・福祉・スポーツ領域での3Dプリンタの活用が広がっており、驚くような研究成果や取り組みも数多く発表されている。

例えば製造部品では、日立製作所が半導体向けの3Dプリント技術を開発し、振動や加速度などの計測に使われるMEMSセンサーの製造期間の短縮を実現した。現在は大量生産を前提として設計・製造に3カ月から1年程度かかっているものを、3Dプリント技術とセンサーの形状や寸法をAIを活用して自動設計することで、1か月で振動MEMSセンサー100個を設計・製造できることを確認したとされる2

大阪大学は細胞を含んだ立体構造物をインクジェット式のバイオ3Dプリンタで造形できる世界初の技術を発表した。細胞を生きたまま含んだ立体構造物を造形でき、細胞が伸びて増殖も可能だという。

また1,000万色以上のフルカラー造形が可能な3Dプリンタを開発し、製造・販売しているミマキエンジニアリングは、2018年12月に米マサチューセッツ工科大学(MIT)を中心とした、3Dプリンタを活用した製造技術などを研究する国際連携チームに参加することを発表した。日本国内では、まだまだ製造現場で3Dプリンタを活用している企業が少ないこともあり、国際連携チームに参加し、市場ニーズをつかみながら用途開発を行い、自社製品に取り入れていくことが狙いと考えられる。

このように3D技術の用途は多様な可能性があり、例えば玩具の試作品の作成や、3Dスキャナーで取り込んだ顔の形状からのメガネの成形、フィギュア制作、重要文化財の復元、クラシックカーの復元などでも使われている。しかしながら、日本の製造業では製造現場での3Dプリンタの導入が欧米ほど進んでいない。現在3Dプリンタが活用されている主な領域は上記のような商品開発の中の試作品製作(プロトタイプ)段階や、カスタマイズ/パーソナライズ品(義手/義足、歯科矯正)などが主流であり、量産品の製造工程に3Dプリンタが採用されているケースはほとんどない。

国内の量産現場で進まない3Dプリンタの活用

日本市場の量産現場で3Dプリンタの活用が進まないことに触れる前に、米国を中心とする各社の取り組みを紹介したい。なぜならば、欧米各社は3Dプリンタという先進技術を活用し、既存の製造工程を変革しようと試みているからである。既存部品の性能・耐久性を3Dプリンタで製造した部品で実現することだけが目的ではなく、いかに3Dプリンタを活用して新たな可能性があるかを模索しているように見える。

ここでいう量産品とは、試作品やパーソナライズされた個別受注製品ではなく、ロットの大小関係なく完成品として製造される製品および部品のことを指すこととする。

米GEアビエーションはジェットエンジンの製造を手掛けている企業である。GEアビエーションでは、効率的にエンジンの燃焼器に燃料を噴射できる燃料ノズルの製造に3Dプリンタを活用している。今まで20以上の部品で構成されていた同ノズルを3Dプリンタで製造することにより一体化させただけでなく、軽量化や高耐久性も実現した。その後GEアビエーションでは、ヘリコプターのエンジンを分解し、何割の部品を3Dプリンタで製造できるかという試みを実施し、900点あった部品を16点まで削減することに成功している3

米HP Inc.は、自社の3Dプリンタで使用可能な素材、製造可能な最終製品をいかに増やすかという取り組みを行うために、BASFといった素材メーカーや、NikeやBMWといった完成品メーカー、Johnson & Johnsonといった医療機器メーカーと共同開発を進めている4。このように米国では、機器メーカーだけで3Dプリンタの可能性を模索するのではなく、素材メーカー、完成品メーカー、医療機器メーカーなども一緒になり、3Dプリンタの商用化に向けた可能性を研究している。

このような米系企業が持つ「やってみよう」「何が3Dプリンタで作れるか試してみよう」といった心構えとは逆に、日本企業では既存製品・部品と全く同じものが出来るかといった懸念や、3Dプリンタで製造した製品・部品の品質保証体制の未整備などの理由で、製造業での3Dプリンタの活用が進まない。

2000年代前半に、iRobotのルンバに代表される掃除ロボットが開発され、日本でも大きな成功を収めた例があるが、この際も日本メーカーの非常に高い品質基準、安全基準に対する考え方が結果的に日本メーカーによる掃除ロボット市場参入の遅れにつながったと言われている。当時、日本企業には既に掃除ロボットを開発・量産する技術はあったと言われているが、「誰もいないときに掃除ロボットが仏壇にぶつかり、ろうそくが倒れ、火事になる」、「掃除ロボットが自走中に階段から落下し、下にいる人にあたる」、「赤ちゃんとぶつかり、赤ちゃんを転倒させる」といった事象を想定し、100%の安全性を確保できないといった理由で開発・量産化が見送られた経緯があったとされている。日本流の安全基準が決して悪いわけでないが、時には海外企業のように市場ニーズを満たすための自社技術の可能性を果敢に探究することも必要だろう。

日本の量産現場での3Dプリンタの可能性

そうはいいながらも、ここでは、量産製品・部品での利用を目指した、日本メーカーの動きと、グローバルメーカーの日本での動きをみておこう。

前述の通り日本の企業は、3Dプリンタメーカーとしては欧米の3Dプリンタ企業に大幅に後れを取っている。グローバルではプリンタメーカー、素材メーカー、ソフトウエアプロバイダーなどのエコシステムがすでに出来ている状況となっている。その中で、日本では金属プリンタを対象とした技術革新を目指している。

グローバル版本編でも金属プリンタは市場の転換をもたらしたとされるが、まさに国家プロジェクトとしても、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託研究機関として、技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構(TRAFAM)が金属プリンタの研究開発を推進しており、松浦機械、東芝機械と三菱重工工作機械が金属プリンタに取り組んでいる5。三菱電機はデポジション方式の金属3Dプリンタ、東芝機械は金属粉末を使ったデポジション方式の3Dプリンタ(試作機)を発表した6

金属加工は日本のものづくりの根幹だが、人手不足や熟練工の技術の継承が問題になっている。一方、他国がこの分野で3Dプリンタを活かして競争力を強化するなら、日本としても取り組むのは必須といえる。実際、工作機械と3Dプリンタを組み合わせ、デジタル化し個人のスキルによらず操作することができるハイブリッド製品が日本企業から提案されている。例えば、ヤマザキマザックは、世界で初めて高輝度青色半導体レーザーによるAM機能を立型5軸マシニングセンター(MC)に搭載したハイブリッド加工機を公開している。オークマは金属AM用と、焼き入れ用のそれぞれのレーザーユニットを装備し、金型の傷やひびを補修できる門型マシニングセンター(MC)を世界初公開した7 8。今後も製造現場で活用可能な3Dプリンタの実現に向けて、各社研究開発を進めていくことが想定される。

一方、グローバル3Dプリンタメーカーも、日本での量産での適用を模索しており、自動車メーカーと提携した共同研究や、コンサルティングサービスを通じた普及に力を入れている。3Dプリンタで何ができるのか、慎重な姿勢のメーカーが多く、かつ製造のデジタル化が進んでいないことから、対話しながら導入を進めていく必要があると認識しているといえる。

例えばStratasysも、日本企業と手を組んで、最適な積層造形ソリューションを模索しているとされる。日本HPは、DMM.com、リコージャパンと、3Dプリンタを使った量産支援サービス「マスプロダクションサポート」を共同で展開している。これは法人を対象に、HP社製3Dプリンタを利用した中・少量生産を受託するものである。またプリンタの装置導入も支援し、3Dプリンタの製造技術手段としての普及を目指している9。同じくHPは、量産品ではないものの、3Dプリンタを活用して補修部品の在庫管理や供給体制の効率化を支援するため、エンジニアリングサービスを展開するSOLIZEの子会社、SOLIZE Productsと組んでコンサルティングサービスを開始した。GEアディティブは本田技術研究所航空機エンジンR&Dセンターとコンサルティングサービス「AddWorks」を提供する契約を締結した。これは金属3Dプリンタや造形素材のほか企業へのアディティブ製造技術の新規導入を加速するためのアディティブ製造のコンサルティングサービスだ10

いきなり3Dプリンタを購入するよりも、こうしたグローバル企業と協働しながら、落としどころを探っていくというのが、日本においては現実解なのかもしれない。

日本企業に対する期待

3Dプリンタに関しても、既存製品・部品と全く同じ仕様で、同じ安全基準を満たさない限り採用しないという企業は多いと考えられるが、海外では3Dプリンタで製造した製品・部品でも適合する安全基準作りも進んでおり、企業がより効率的にローコストで製品・部品を開発する環境を整えようとしている。人手不足・労働人口の高齢化を鑑みると、製造現場のデジタル化は今取り組むべきであり、3Dプリンタも十分考慮に値する。このままでは近い将来、日本の製造業の海外企業に対する競争力低下を招く一因となることも想定される。日本でも既に試作品や冶具の領域では3Dプリンタの活用が進んでいるので、ぜひ、より多くの企業が3Dプリンタで「何ができるのか」、「どのようなことに使える可能性がある」、「試してみよう」という姿勢で、3Dプリンタ機器メーカーや素材メーカーとともに、3Dプリンタの自社内での施策・量産領域での活用可能性を探ってもらいたい。

そして3Dプリンタを製造する企業には、より製造業各企業が3Dプリンタを量産現場で活用できるように、さらなる技術革新とバリューチェーン変革の提言と導入に向けた積極的なアプローチをリードしてもらいたい。

 

筆者

入江 洋輔 Irie, Yosuke
デロイト トーマツ コンサルティング合同会社
シニアマネジャー
10年以上にわたりエレクトロニクス業界を中心に経営戦略・M&AやIT導入プロジェクトなど幅広いコンサルティング経験を有する。近年では、プリンティング・ドキュメント業界を中心に新規参入戦略や経営戦略策定コンサルティングなどを提供。グローバルプロジェクトの経験も多く有しており、欧州・アジア・北米でのプロジェクト経験を有する。

 

【参考資料】

1. 国内3Dプリンティング市場予測を発表, IDC Japan株式会社, 2018/7/11: https://www.idcjapan.co.jp/Press/Current/20180711Apr.html 
2. 半導体向けの3Dプリント技術を開発しMEMSセンサーの製造期間を短縮, 株式会社日立製作所, 2017/2/15: http://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2017/02/0215.html
3. 軽くて強い3Dプリンタ製部品、航空機エンジン実用化までの軌跡, GE REPORTS JAPAN, 2017/04/2: https://gereports.jp/additive-manufacturing/
4. HP、ものづくりを変革する、革新的な3Dプリンティングシステムを発表, 日本HP, 2016/5/19: https://www8.hp.com/jp/ja/hp-news/press-release.html?id=2250048
5. Technology Research Association for Future Additive Manufacturing; TRAFAM 技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構: https://www.trafam.or.jp/
6. TRAFAMが砂型3Dプリンタのプロジェクト完了、金属3Dプリンタは引き続き技術開発へ, MONOIST, 2018/11/13: https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1811/13/news027.html
7. 熟練工不足補え 加工精度高く 中部の工作機械、相次ぎ新機種 オークマ、ロボの動き制御 ヤマザキマザック、CGで技術再現, 日本経済新聞, 2018/10/16: https://www.nikkei.com/article/DGKKZO3650330015102018L91000/
8. 金属AMや加工革新、IoT、AI、協働ロボットにも注目, 日経ものづくり, 2018/11/3: https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/mag/nmc/18/00015/00010/
9. 「圧倒的後発からの脱却を」、DMMとHP、リコーが量産向け3Dプリントでタッグ, 日経クロステック, 2018/5: https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/column/18/00001/00418/
10. 3Dプリンターの活用促進、日本の自動車業界とマッチング目指し展示会などで積極提案へ, 日刊自動車新聞, 2018/9/7

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