積層造形
3Dプリンティングは現在、潜在的に$500B規模の市場
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何千年もの間、鍛造や鋳造といった型を用いたプロセスに依存し、ますます複雑な工具や消費財を作り出してきました。しかし近年、このような製造プロセスに関わる技術は、付加製造（しばしば3Dプリンティングと呼ばれる）の登場により大きく飛躍しました。
付加製造は、特殊な材料（一般に「フィラメント」と呼ばれる）を層ごとに溶解・硬化させるコンピュータ制御プロセスです。プリンターの規模やプロジェクトの要件に応じて、使用されるフィラメントはABS樹脂から液体金属、炭素繊維のインフュージョンなど多岐にわたります。これにより、人間の創造力だけが制限となる製品の作成が可能になります。
2023年には、この技術は産業規模だけでなく、ホビイストやその間にいるすべての人々にも容易に利用できるまでに成長しました。
出典 – ARK Invest『Big Ideas 2023』ページ 131
『Wrights Law』のようなことを考慮に入れると、基本的に「作れば作るほど上手くなる」という原則です。付加製造は、その潜在的な破壊力により、セクターが今後も繁栄し続けると多くが期待しています。ARK Investは最近の『Big Ideas 2023』レポートで、既存市場に適用された場合、「3Dプリンティングは$500 billion市場機会になる」と予測しています。
2030年を見据えると、研究報告は付加製造が年平均成長率（CAGR）21％を維持し、市場規模は770億ドルを超えると予測しています。
メーカーとイノベーター
付加製造が構造工学や医療などへのアプローチをどのように変えるかの例に入る前に、以下にこの分野に直接関わる企業の例をいくつか挙げます。これらは投資助言ではなく、技術の進歩に取り組む主要プレーヤーを紹介することを目的としています。
Autodesk Inc. (ADSK)
付加製造を可能にする重要な要素は、製品設計計画の作成と実行を可能にするソフトウェアです。ここでAutodeskが登場し、付加製造を念頭に置いて設計されたフルスイート（Fusion 360、Netfabb、Tinkercad）を提供しています。
Autodeskの本社はアメリカ合衆国カリフォルニア州にあります。2022年の売上高は44億ドルでした。
Stratasys, Ltd (SSYS)
この企業は付加製造分野のリーダーです。3Dプリンターとサービスのラインを通じて、航空宇宙、歯科、自動車など多様な分野を対象としたソリューションを提供しています。
Stratasysの本社はアメリカ合衆国ミネソタ州にあります。2021年の売上高は6億0630万ドルでした。
Xerox Holdings Corp. (XRX)
1980年、著名な未来学者レイ・カーツワイルはフラットベッドスキャナなどのさまざまな技術をXeroxに販売しました。その後数十年で、Xeroxはスキャナやプリンタの代名詞となり、広く知られるブランドとなりました。
付加製造に関して、Xeroxは研究開発力を活かし、液体金属印刷が可能なElemXなどの製品を開発しています。
Xeroxの本社はアメリカ合衆国コネチカット州にあります。2022年の売上高は71億1000万ドルでした。
機会がある場所
付加製造の将来に対して高い予測が立てられていることは分かっています。しかし、どのような実装がその予測の基盤となっているのでしょうか。以下は数多くの例のうちのほんの一部です。
ヘルスケア
すべての人間は個別です。そのため、医療機器に万能なサイズは存在しません。この点を踏まえると、ヘルスケアは付加製造による破壊的変革に最適な産業の一例です。
- 新しい股関節が必要ですか？3Dプリンティングは受け手に合わせて完璧に再現したものを提供できます。
- 矯正具が必要ですか？3Dプリンティングは高齢者の正しい歩行を確保し、転倒を減らし、関節損傷を軽減し、糖尿病患者を助けるためのカスタムインサートを提供できます。
- 義肢が必要ですか？3Dプリンティングは切断者に対し、すべての四肢の使用を取り戻すためのコスト効果の高いソリューションを提供できます。
- 心血管手術が必要ですか？3Dプリンティングはステントや弁など患者固有のインプラントの作成を可能にし、手術の効果を高めます。
ヘルスケアに関しては、例はまだまだ続きます。これがARK Investが航空宇宙部門に次いで、今後数年間で最も収益性の高い付加製造の実装の一つであると考える理由です。
ロボティクス / 機械
ロボットは1918年の映画『The Master Mystery』にまで遡って映像に登場しましたが、1980年代に『ロッキーIV』や『ショートサーキット』などの映画でポップカルチャーの一部となりました。主な理由は、実用的な会話ロボットを作る技術がまだ数十年先と見られていたものの、空想から現実へと移行したことです。2023年に至り、付加製造はこれら過去の未来像を実現する重要な役割を果たすようになり、Atlas（以下の動画参照）やInMoovが先導しています。
このようなプロジェクトの開発は、付加製造によって大きく支援されており、プロセスにより以下が可能になります。
- 低ボリューム部品のコスト効果的な作成
- 部品の強度対重量比の向上
- 多くのエンジニアリング上の複雑さの排除
ロボティクスに関する研究が進むにつれ、実際の例を見るまでの距離は多くの人が思うよりも近づいています。5〜10年先を見据えると、付加製造がこの実現に重要な役割を果たし続けることは間違いありません。
航空宇宙・軍事用途
2022年中頃、米海軍の艦船USS EssexにElemXの設置が行われました。これはXeroxが製造した液体金属印刷が可能な装置です。この設置は、現場での3Dプリンターが艦船の「運用準備性」を支援できるかをテストするために使用されている点で注目に値します。
3Dプリンターの利用ケースは海上の軍事作戦をはるかに超えて宇宙へと広がります。NASAなどの政府機関はすでに付加製造でロケット部品を製造しており、低重力環境での技術の実現可能性を検証する研究も進められています。成功すれば、宇宙ステーションや外惑星居住施設の保守が容易になるなどの効果が期待されます。
軍事および航空宇宙分野での付加製造の魅力は、オンデマンドで部品を作成できる利便性を超えています。材料科学の理解が深まるにつれ、強度対重量比が向上する新たな素材が開発されており、これは複雑な構造におけるコスト効率と構造的完全性の鍵となります。
余分な「D」？
上記の例だけでは付加製造の価値を納得できない場合、現在の材料科学の理解でこれらの活用例をようやく発見し始めたばかりであることを考慮してください。
2030年以降に向けて、多くが期待する付加製造の大きなステップは、『4Dプリンティング』の開発によりプロセスにさらにもう一つの「D」を加えることです。
4Dプリンティングは、いわゆる「プログラム可能物質」の使用を指します。これは、作成後に外部刺激（熱、電気など）に反応する素材を利用した、実質的に3Dプリンティングです。
完璧に近づけば、これらのプロセスは形状やサイズを変化させたり、構造的「記憶」によって自己修復したりする製品を可能にし、さらに多くのことが実現できます。
最終的な結論
この記事で取り上げた3Dプリンティングで作られた多くの最終製品は、既に従来の方法でも提供されていますが、技術が提供する主な差別化要因は、効率性、アクセスのしやすさ、そして製造コストです。
今後を見据えると、付加製造が多くのセクターを根本的に変え、人間の創意工夫が達成できる新たな可能性を切り開く潜在力は魅力的な提案です。この点を踏まえると、今後数年間でこの分野の価値が数百億ドル規模で急上昇するという予測は、最初に聞こえるほど突飛なものではないかもしれません。
