Metal Additive Manufacturingの業界動向と今後の …ADIRA（1.0m x 1.0m x 0.5m） Aurola...

Metal Additive Manufacturingの

業界動向と今後の展望

2019年2月8日

みずほ情報総研株式会社

経営・ITコンサルティング部

科学技術戦略チーム

岩崎拓也

©2019 Mizuho Information & Research Institute, Inc. All Rights Reserved.

2019年2月8日平成30年度 NEDO 『TSC Foresight』セミナー（第3回）「TSC Foresight 金属積層造形プロセス」＠イイノホール&カンファレンスセンター Room A



Outline

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１．環境の急激な変化

２．技術の進展～ユーザーがより使いやすく～

３．新しい造形手法の台頭・広がり～選択肢の増加～

４．我が国として取り組むべきこと



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１．環境の急激な変化

2012年”MAKERS”から始まった3Dプリンタ大ブーム。

その中で金属積層造形を取り巻く環境はどう変化してきたのか？

装置開発戦略の変化は？ユーザーの取り組みの変化は？



金属積層造形装置及び金属粉の販売数は拡大傾向

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115 114 125 135177

202

353

551

808

983

1768

（出所） Wohlers Report 2018をもとにみずほ情報総研作成



金属積層造形を取り巻く環境の変化（～2015年頃）

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2012年

2013年

2014年

2015年（出所）みずほ情報総研作成

プレイヤーは限られ、研究開発・試作がメインの時代

大型化・高出力化・モニタリング技術開発が進み、工作機械に近づく時代

【装置メーカー】少数の企業が競争装置の基本的な技術開発が

中心

【ユーザー】研究機関・企業の研究開発

部門中心

【その他】各種ソフトウェアを目的に応じ

て使い分け材料は高額（少量調達）

【装置メーカー】工作機械メーカーも参入装置スペック向上、品質管理

技術開発等で競争

【ユーザー】量産を意識した大量試作品質制御可能性の検討アプリケーション探索

【その他】トポロジー最適化等の設計

技術が当たり前に材料は高額（少量調達）

金属積層造形を取り巻く環境は、ここ数年で大きく変わってきている。数年前は基礎的な技術開発をしていたものが、ユーザー企業の積極参入を受けて、実用化レベルにまで向上してきている。金属積層造形はものづくりを根本的に変革する技術、従来の延長線上にない設計・製造技術である。技術・製品・周辺技術/ツー

ルも製品開発に利用可能となってきた。この急激な発展についていけるかが勝敗を分ける。



金属積層造形を取り巻く環境の変化（2016年頃）

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2016年

2017年

2018年

2019年・・・

（出所）みずほ情報総研作成

重工業本格利用開始、量産対応・自動化開発が加速した時代

量産が現実化、エコシステムが形成され、統合ツールも整備

【装置メーカー】量産対応が本格化（前後

処理の自動化等）手法の増加（選択肢増）

【ユーザー】量産に成功した製品登場装置メーカーとの連携加速造形から品質向上に

【その他】設計から造形・品質管理まで

を統合したツールの登場中国参入（低価格化）

【装置メーカー】前処理等の自動化技術の開

発（ハード）が加速ユーザー・ソフトウェアと提携

【ユーザー】ユーザーの参入本格化（買

収、垂直統合、提携等）

【その他】生産ラインの制御・管理シス

テム材料リサイクル管理システム

金属積層造形は製品量産の時代に。アプリケーションを開発したところが勝ち（価値）を得る。

ものづくり大変革の波に乗れるかが勝敗を分ける（様子見をしていたら負ける）。



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２．技術の進展

～ユーザーがより使いやすく～

金属積層造形がより使いやすく

各社が発表した新技術・新機能を紹介



製品開発・量産に向けた技術も着実に進展している

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ユーザーの最終製品への適用・量産への対応を容易にするための各種技術開発が進んでいる。これまで前処理工程の自動化等は進められていたが、最近は後処理工程に関しても専業企業との提携や装置オプションとしての取り

込みが始まった。また、造形プロセスの改善によりサポート構造なく造形できる形状が拡大してきている。ソフトウェアもオールインワン化が進んでおり、形状作成、データ修正、歪み予測、造形パラメータ設定等を１つのソフトウェアで管理でき

る環境が出来つつある。

分類新しい技術事例

装置の自動化・高機能化造形プロセスの自動化（前処理、造形部モジュール化、自動搬送等）

各社、金属粉取扱いの自動化、造形モジュールの自動搬送等、量産対応を進めている

大型造形物への対応・高速化 GE AdditiveのProject A.T.L.A.S（1.3m x 1.3m x 1.3m） ADIRA（1.0m x 1.0m x 0.5m） Aurola Labsの複層同時造形

後処理工程の取り込み EOSは後加工に関してHirtenbergerと提携 3D SystemはGeorg Fisherと提携し、後加工モジュールを発表（ビルドプ

レートからの造形物切り離し）

サポート構造の低減化技術（プロセスの改善）

サポート構造無しで造形出来る条件の拡大（AddUp 11°、EOS 10°、velo3D 8°）

利用可能材料の選択肢増 EOSの純銅対応

ソフトウェアの金属AM対応オールインワン化データ修正、データ配置・パッケージング最適化、サポート構造最適化、熱歪み予測・補正、スキャンパス設定、造形パラメータ設定等が1つのソフトウェアで完結（Autodesk、Dassault Systems、3D Systems等）

熱歪み予測・補正（当たり前の機能となってきた）

造形方向、スキャンパス等をもとに造形物の熱歪みを予測し、その結果をもとに元データを補正し、望む形状を造形できるようにする（ANSYS、Autodesk、Dassault System、MSC、Siemens等）。

（出所）各社公表資料、formnext 2018でのインタビューをもとにみずほ情報総研作成



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３．新しい造形手法の台頭・広がり

～選択肢の増加～

金属積層造形といえばPowder Bed FusionとDirected Energy Depositionが主流

近年、金属材料に対応したMaterial Extrusion(FDM)、Binder Jetting装置など、新たな手法も登場

ユーザーの選択肢が増えてきている



従来手法に加えて新たな金属積層造形手法も登場、ユーザー選択肢増加

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複雑な形状で高精度・高密度の造形をする場合はPBFが最も適切であると思われるが、その他の手法も登場してきている。これまで設備面・価格面で金属積層造形に手を出せなかったユーザーも利用しやすくなってきた。新たなユーザーの参入（金属積層造形利用者の増加）、高付加価値製品の開発が進むものと思われる。

Metal FDM Metal Binder Jetting

【Metal FDMの一般的な造形方法】① 金属粉と樹脂（バインダー）の混合物をフィラメン

トやロッド状で供給。必要に応じてサポート構造用の材料も供給。

② 供給された材料をヒーターで加熱してノズルから押し出し、三次元形状を作成

③ 造形物に含まれるバインダーを加熱等の方法で除去（脱脂）

④ 脱脂後の造形物を焼結

【Metal BJの一般的な造形方法】① コーターで金属粉を敷く② 通常のバインダージェッティングと同様にバインダーを

造形したい領域に吐出。バインダーは熱をかけて蒸発させたりすることも。

③ 上記工程を繰り返して、三次元形状を作成。④ 造形チャンバー（金属粉）から造形物を取り出す。⑤ 必要に応じバインダーを加熱等の方法で除去（脱

脂）⑥ 造形物を焼結

（出所）各種情報をもとにみずほ情報総研作成

Kinetic Energy

【Kinetic Energyの一般的な造形方法】① ビルドプレートをロボットアームに設置② 固定ノズルから超音速で金属粉末を噴射③ ロボットアームを動かしながら衝突位置を変化させ、

三次元に積層させる

【主要なプレイヤー】MarkforgedDesktop MetalEVO-TECH

【主要なプレイヤー】Digital MetalDesktop MetalHP

【主要なプレイヤー】SPEE3D将来参入を発表

GE AdditiveStratasys

【主な特徴】デスクトップサイズの低価格装置が主流焼結で20%程度収縮造形物密度は98%台まで可能

【主要な特徴】 PBFと比較すると低価格で造形速度も速い焼結で10～20%程度収縮造形物密度は99%超が可能

【主要な特徴】造形速度はPBFの1,000倍、材料コスト1/100 熱を使わないため熱歪みの心配がない造形物密度は99%程度（アルミ）



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４．我が国として取り組むべきこと

世界的には製品開発、量産も現実になってきている

そのような中、我が国として取り組むべきことは？



エコシステムが形成され、ユーザーも利用し易くなってきた

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金属積層造形を利用した製品開発・量産に必要な要素が企業提携等を通じて統合されてきている。設計から造形、生産管理までが繋がるエコシステムが形成されつつあり、今後の製品開発・量産が活発化すると予想（ユーザーと

の連携・提携で一気に進むのでは？）。

3D CAD / データ変換

3D CAE

AM装置

AM用材料

後加工

生産管理システム

ユーザー

初期のエコシステム

3D CAD / データ変換

3D CAE

AM装置

AM用材料

後加工

生産管理システム

ユーザー

現状/今後のエコシステム

ユーザーは様々なステークホルダーへのアクセスが必要であったユーザーは装置メーカー、サービスプロバイダー等にアクセスするだけで製品開発に必要な要素をある程度手に入れることが出来るように



金属積層造形による製品開発・量産は既に実現している

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金属積層造形による製品開発・量産は将来技術ではなく既に利用可能な技術となりつつある。 GEは自社エンジンの開発で金属積層造形を活用しており、2015年4月には「民間航空機エンジン部品として初の」３Dプリンター製

部品の米国航空当局（FAA）認証取得を公表。GEが量産可能であることを示したことで、他の分野においても量産検討・利活用が活発化するものと思われる。

製品 AM活用の効果等

LEAPエンジン 2016年に燃料ノズルの量産開始在庫の削減95%、コスト削減30%、重量削減25%、パーツ点数は20個から1個へ、靭性が5倍以上

2018年10月2日に累計出荷30,000台を達成（Airbus Neo 320、Boeing 737 Max向け）

A-CT7 ヘリコプターエンジン製造コストが60%削減重量は40%削減

Nova LT GT燃料バーナー重量を50%削減

GE Catalyst ターボプロペラエンジン燃費が20%向上、重量は5%削減、部品点数が855個から12個に削減エンジン燃焼テストまでの期間が12ヶ月から6ヶ月に短縮

GE9Xエンジン（次期エンジン）様々なところでAMを活用。実際にAMで製品を作っているのは以下の通り。1個 T25センサー1個 Heat Exchanger

28個燃料ノズル228個 Stage 5&6 低圧側タービンブレード

16個 Particle Separators

（出所）GE Additive発表資料をもとにみずほ情報総研作成。

GEの量産事例



我が国として取り組むべきことは？

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要素顕在化しているトレンド脅威機会

ユーザー（買い手）

装置メーカー

取り組むべきこと

GE・Siemens・Boeing・Airbusなど大手重工業・航空機産業が牽引

・装置メーカーは大手集約・自動車産業にもフォーカス

日系が強い「自動車産業」のポテンシャル

【喫緊の課題】①ユーザー企業と一体となったR&D・アプリケーション開発（自動車産業、金型産業、重工業、医療機器等）

→ユーザーが積極的に入らないと日本のものづくりが優位性を失ってしまうことを懸念

②日本の強みを活かした技術開発（金属材料開発）→日本の強みである材料開発・プロセス開発を推進、AMにおける材料不足解消で世界に勝つ

③AMを活用した製品設計・開発のための人材育成→海外先行・様子見からの脱却、高付加価値製品を日本から産み出すための原動力確保

コングロマリットGE・Siemens

・垂直統合・量産実現・新たなビジネスモデルの構築

人材育成・ユーザーは積極的に人材育成・国策で人材育成を推進

日本の弱み

（弱）日系大手ユーザーは少ない

（弱）AMへの理解・教育機会不足

（弱み／脅威）装置のシステム化・自動化等、大きな遅れ

（弱み／脅威）海外でノウハウ蓄積の加速垂直統合型の新たなビジネスモデル出現

高付加価値製品の知財

海外企業頼り・技術流出

不慣れなユーザーの支援ニーズ増加

ユーザーと一体となったR&D・新規材料開発

日本企業との提携は歓迎ムード

（出所）みずほ情報総研作成。



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ご清聴ありがとうございました。

経営・ITコンサルティング部科学技術戦略チーム

岩崎拓也[email protected]

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