3-D プリンティング革命
工業用 3D プリントは転換点にあり、大きな意味で主流となろうとしてるところです。 ほとんどの経営者や多くのエンジニアは気づいていませんが、このテクノロジーは、プロトタイピング、ラピッド ツーリング、小物、および玩具の域をはるかに超えています。 “アディティブ・マニュファクチャリング “は、実際の顧客に販売するために、耐久性があり安全な製品を中～大量に作成しています。
革命の始まりは、100以上の製造企業を対象とした2014年のPwCの調査結果に表れています。 調査時点で、11%がすでに3Dプリントされた部品や製品の大量生産に切り替えていました。 ガートナーのアナリストによると、ある技術が20％の採用レベルに達すると「主流」となる。
3-D プリントを使って生産を拡大している数多くの企業の中には、GE（ジェット エンジン、医療機器、家電部品）、ロッキード マーティンおよびボーイング（航空宇宙および防衛）、Aurora Flight Sciences（無人航空機）、Invisalign（歯科機器）、Google（家電）、オランダ企業 LUXeXcel（発光ダイオード、LED 用レンズ）などが含まれます。 こうした動きを見て、マッキンゼーは最近、3Dプリンティングが「ニッチな状態から脱却し、従来の製造工程に代わる現実的な選択肢として、ますます多くの用途に使われるようになる」と報告しています。 2014年、米国における産業用3Dプリンターの販売量は、すでに産業用オートメーションやロボットの販売量の3分の1となっている。
印刷可能な材料の範囲が広がり続けているため、さらに多くの企業が追随してくるでしょう。 基本的なプラスチックや感光性樹脂に加えて、セラミック、セメント、ガラス、多数の金属や金属合金、カーボン ナノチューブや繊維を注入した新しい熱可塑性複合材料などがすでに含まれています。 優れた経済性は、遅れをとっている人々を納得させるだろう。
この革命的なシフトがすでに進行中であるため、マネージャーは現在、3 つのレベルで戦略的な質問に取り組む必要があります。 プリンターにダウンロードしたデジタル「設計図」に従って、オブジェクトを 1 層ずつ製造することにより、無制限のカスタマイズが可能になるだけでなく、より複雑なデザインも可能になります。 付加製造により、製品や部品をいつ、どこで、どのように製造するかという無数の新しい選択肢が生まれる中、サプライ チェーン資産のどのネットワークと、新旧プロセスのどのミックスが最適となるでしょうか。
3 番目に、リーダーは、3D 印刷の新しい現実を取り巻く商業エコシステム全体の形成が始まると、戦略的意味を考慮しなければなりません。 製造部門の大部分が、数え切れないほどの小規模な「メーカー」に霧散化する可能性について、多くのことが語られてきました。 しかし、このようなビジョンは、より確実で重要な発展を見失う傾向があります。 設計者、製造者、そして商品の移動者の間の活動を統合するために、デジタル・プラットフォームが確立されなければならないのである。 まず、これらのプラットフォームは、デザイン・トゥ・プリント活動、デザインの共有と高速ダウンロードを可能にするでしょう。 やがて、プリンター操作、品質管理、プリンターネットワークのリアルタイム最適化、容量交換など、必要な機能をオーケストレーションするようになるでしょう。 最も成功したプラットフォーム・プロバイダーは、標準を確立し、複雑なエコシステムが市場の需要に対応できるような環境を提供することで、大きな成功を収めるでしょう。 しかし、このようなプラットフォームの台頭は、すべての企業に影響を与えることになります。 既存企業と新興企業の間で、この新しいテクノロジーが生み出す膨大な価値のシェアを獲得するために、多くの争奪戦が繰り広げられるでしょう。 これらすべてがどのくらいの速度で起こるのでしょうか。 あるビジネスについて、それがどれほどの速さで起こりうるかを説明します。 ある業界CEOによると、米国の補聴器業界は500日以内に100%積層造形に転換し、従来の製造方法に固執した企業は1社も生き残らなかったといいます。 経営者は、この急速に発展する技術が成熟するのを待ってから投資を行うのが賢明なのか、それとも待つことのリスクが大きすぎるのかを判断する必要があります。 7238>
Additive’s Advantages
この技術が、大量にものを作る今日の標準的な方法に取って代わるとは想像しがたいかもしれません。 たとえば、従来の射出成形プレスは、1 時間に数千個のウィジェットを生産することができます。 これとは対照的に、ホビー市場で3Dプリンターが活躍しているのを見た人は、層ごとに物体が積み重なっていくのを滑稽に感じることが多いようだ。 しかし、最近の技術の進歩により、産業環境ではそれが劇的に変わりつつあります。
標準的な製造がなぜこのような素晴らしい速度で行われるのかを忘れている人もいるかもしれません。 それらのウィジェットは、それを生産するために必要な工作機械や装置の複雑な配列を確立するために、前もって重い投資がなされたので、すぐに注ぎ込まれます。 最初のユニットは非常に高価ですが、同じユニットが続くと、限界コストが急落します。
Additive Manufacturing では、そのようなスケール メリットはありません。 しかし、標準的な製造の欠点である柔軟性の欠如を回避することができます。 各ユニットは独立して製造されるため、独自のニーズや、より広い意味での改良、流行の変化に合わせて簡単に変更することができます。 また、生産システムの立ち上げも、工程数が少ないため、よりシンプルになります。 そのため、3Dプリンターは、試作品や希少な交換部品などの一点物の生産に大きな価値を発揮してきました。 しかし、アディティブ・マニュファクチャリングは、規模が大きくなっても、ますます意味を持つようになっています。 バイヤーは、形状、サイズ、および色の無限の組み合わせから選ぶことができ、このカスタマイズによって、注文が大量生産レベルに達したとしても、メーカーのコストはほとんど増加しません。
アディティブの利点の大部分は、これまで別々に成形してから組み立てていた部品を、一度にまとめて生産できるようになったことです。 簡単な例では、サングラスがあります。 3Dプロセスでは、フレームのさまざまな部分でプラスチックの気孔率や混合率を変えることができます。 イヤーピースは柔らかく、レンズを支えるリムは硬く、といった具合です。 7238>
部品や製品を印刷することで、スチール パネル内のハニカム構造など、より複雑な構造を設計したり、以前は微細すぎて粉砕できなかった形状を設計したりすることもできます。 複雑な機械部品 (たとえば、包まれた一連の歯車) は、組み立てなしで作ることができます。 アディティブメソッドを使用すれば、パーツを組み合わせて、より詳細な内部構造を作り出すことができます。 GEアビエーションが、ジェットエンジンの燃料ノズルの印刷に着手したのも、そのためだ。 同じデザインのものを年間4万5,000個以上生産する予定なので、従来の製造方法の方が適していると思われるかもしれません。 しかし、印刷技術によって、従来は20個の部品を別々に鋳造して組み立てていたノズルを一体化して製造することができる。
米国の補聴器メーカーは、500日以内に100％3Dプリントに転換しました。
Additive Manufacturingでは、複数のプリンタジェットを使用して異なる材料を同時に積層することも可能です。 したがって、Optomec やその他の企業は、マイクロバッテリや電子回路を民生用電子機器の内部または表面に直接印刷する導電性材料と方法を開発しています。 その他の用途としては、医療機器、輸送資産、航空宇宙部品、測定装置、通信インフラ、その他多くの「スマートな」ものがあります。
組み立て作業を制限するという大きな魅力により、積層造形装置はますます大型化する傾向にあります。 現在のところ、米国国防総省、ロッキード・マーティン社、シンシナティ・ツール・スチール社、オークリッジ国立研究所は、ジェット戦闘機の内骨格と外骨格のほとんどを印刷する能力を開発するために提携しており、それにはボディ、翼、内部構造パネル、埋め込み配線、アンテナ、そしてまもなく中央耐荷重構造も含まれるようになる予定です。 いわゆるビッグエリア・アディティブ・マニュファクチャリングは、コンピュータ制御の巨大なガントリーを使ってプリンターを所定の位置に移動させることで、このような大きなオブジェクトの製造を可能にする。 このプロセスが実用化されれば、ナビゲーション、通信、武器、電子対策システムなどのプラグアンドプレイ電子モジュールを印刷工程で作られたベイに設置することだけが、必要な組み立て作業となります。 イラクやアフガニスタンでは、米軍は Aurora Flight Sciences 社のドローンを使用しており、これらの無人航空機のボディ全体 (翼幅 132 フィートのものもある) を 1 回でプリントしています。
Offerings, redesigned.
製品戦略とは、ビジネスにおける最も基本的な質問である「何を売るのか」に対する答えです。 企業は、アディティブ マニュファクチャリングの時代において、顧客によりよいサービスを提供できる方法を想像する必要があります。 これまで不可能だったデザインや機能が可能になるのでしょうか。
たとえば、航空宇宙および自動車業界では、3D 印刷は性能向上の追求に最もよく使用されます。 従来、ジェット戦闘機や自動車の燃費は、軽量化することで向上させることができましたが、その分、構造的に不利になることが多かったのです。 新しい技術では、部品をくりぬいて軽量化し、燃費を向上させるとともに、引張強度や耐久性、耐衝撃性に優れた内部構造を取り入れることができます。
他の業界では、よりカスタマイズされた、進化の早い製品に積層造形を使用することは、製品のマーケティング方法にも影響を与えるでしょう。 従来の製造の高い金型コストとセットアップ時間によって必要とされる飛躍的な進歩ではなく、連続した印刷中に継続的にアップグレードできる場合、製品の世代という概念はどうなるのでしょうか (発売時の騒ぎはともかくとして)。 クラウドベースの人工知能が、アディティブ・マニュファクチャリングの能力を高め、段取り替えなしに瞬時に製品を変更・追加できるようになる近未来を想像してみてください。 製品ミックスやデザイン決定など、製品戦略のリアルタイムな変更が可能になります。 このような迅速な適応の中で、ブランドプロミスの核となるべき新たな優位性とは何だろうか。
オペレーション、再最適化
オペレーション戦略には、企業がどのように商品を購入し、製造し、移動し、販売するかというすべての問題が含まれています。 その答えは、積層造形方式では大きく異なるでしょう。 運用効率の向上は常に目標ですが、それは多くの方法で達成することができます。 現在、この技術の利用を考えている企業のほとんどは、3D機器や設計を交換することで、直接コストを削減できる機会を狙い、断片的な財務分析を行っている。 より大きな利益は、分析を広げて製造と間接費の総コストを考慮したときに得られるでしょう。 あるいは、実際の需要に応じた生産によって在庫を削減することで、どれだけの節約になるでしょうか。 あるいは、さまざまな方法で販売すること、たとえば、消費者が任意の構成を指定できるようなインターフェイスを介して消費者に直接販売することで、どれだけの節約になるでしょうか。 新旧の製造方法のハイブリッド世界では、生産者はより多くの選択肢を持つことになります。どのコンポーネントまたは製品を付加製造に移行し、どのような順序で移行するかを決定する必要があります。 どの顧客にどの程度近づけるべきか。 高度にカスタマイズされた注文を、生産と同じくらい効率的に提供するにはどうすればよいのでしょうか。 印刷は工場に集中させるべきか、それとも販売店、小売店、トラック、あるいは顧客の施設にある印刷業者のネットワークに分散させるべきか。 もしかしたら、そのすべてかもしれません。 答えは、為替、人件費、プリンターの効率と能力、材料費、エネルギー コスト、および輸送コストの変化に応じてリアルタイムに変化します。
製品や部品の移動距離を短くすることは、お金を節約するだけでなく、時間を節約することにもなります。 もしあなたが、メカニックが部品を待っている間、修理工場に自分の車を置いていかざるを得なかったことがあるなら、そのことに感謝するでしょう。 BMWやホンダをはじめとする自動車メーカーは、工場やディーラーで使用する多くの産業用ツールや最終的な自動車部品の積層造形を進めており、特に金属、複合プラスチック、炭素繊維の新材料が3Dプリンターで使用できるようになると、その動きが加速します。 特に、金属や複合プラスチック、カーボンファイバーなどの新しい材料が3Dプリンターで使用できるようになると、その傾向が強まります。多くの業界の流通業者が、この新しい効率性を活用する企業顧客を支援することに熱心になっています。 例えば、UPS社は、既存のサードパーティロジスティクス事業を基に、空港のハブ倉庫をミニ工場に変えています。 これは、膨大な数の在庫を抱える代わりに、カスタマイズされた部品を必要に応じて生産し、顧客に届けるというものです。 私たちはすでにジャストインタイムの在庫管理の世界に住んでいるとしたら、今度はJITなことができるようになるのです。 7238>
実際、高度に統合された付加製造の潜在的な効率性を考えると、ビジネス プロセス管理が最も重要な能力になる可能性があります。 この分野に秀でている一部の企業は、競争上の優位性を確保するために独自の調整システムを構築するでしょう。 また、大手ソフトウェア企業によって作成された標準パッケージを採用し、その形成を支援する企業も出てくるでしょう。
最後に、企業がより広いビジネス環境の中でどこに、どのように位置づけられるかという疑問が生じます。 ここで管理者は、「我々は何者なのか」、「我々が何者であるために所有する必要があるものは何か」というパズルに取り組みます。 アディティブ・マニュファクチャリングにより、企業は多くの製品を作ることができるプリンターを手に入れることができ、遊休容量は異なる製品を提供するビジネスを行う他の企業と取引されるため、これらの質問に対する答えははるかに明確ではなくなります。 例えば、ある日は自動車部品、次の日は軍用機器、その次の日は玩具を製造するプリンターが施設内に並んでいるとします。 あなたはどの業界に属しているのでしょうか？ 従来の境界線は曖昧になる。
Aurora Flight Sciences 社では、ドローンのボディ全体を 1 回のビルドで印刷することができます。 企業は、標準的な製造の物流要件の多くから解放されるため、自社の能力およびその他の資産の価値、およびそれらが他者の能力をどのように補完するか、または競合するかをあらためて検討する必要があります。
プラットフォームは、高度にデジタル化された 21 世紀の市場において顕著な特徴であり、アディティブ マニュファクチャリングも例外ではありません。 ここでプラットフォームの所有者が力を発揮するのは、生産そのものが時間の経過とともに重要でなくなる可能性が高いからです。 すでに一部の企業は、オンデマンドで製品を作ることを事実上コモディティ化する「プリンターファーム」を契約している。 印刷可能な製品の貴重なデザインも、純粋にデジタルで、簡単に共有できるものであるため、厳重に管理することは難しいだろう。 (その点、3D スキャン装置は、幾何学的な設計情報をキャプチャすることにより、製品のリバース エンジニアリングを可能にします。)
システム内のすべての人は、生産が動的に調整され、設計図が保存されて継続的に向上し、原材料が監視および購入され、顧客の注文が受けられるプラットフォームを持続するために利益を得ることができるようになるでしょう。 デジタル・エコシステムをコントロールする人々は、膨大な量の産業取引の真ん中に座り、貴重な情報を収集し、販売することになるでしょう。 彼らは裁定取引を行い、信頼できる関係者の間で仕事を分担したり、適切な場合には社内で仕事を割り振ったりします。 彼らは世界中でプリンター容量と設計を取引し、両者の「取引の流れ」をコントロールしたり方向転換することで価格に影響を与えるだろう。
分散した能力を増大する市場の需要に合わせる責任は、少数の企業が負うことになるでしょう。 Google、eBay、Match.com、Amazonのような、検索エンジン、交換プラットフォーム、ブランド化されたマーケットプレイス、積層造形プリンタ、デザイナー、デザインリポジトリ間のマッチメーカーが出現することを期待してください。 おそらく、プリンターの容量やデザインに関するデリバティブや先物を取引する市場とともに、自動取引も登場するでしょう。
要するに、プリンターによる製造資産の所有者は、情報の所有者と、エコシステムが生み出す利益をめぐって競争することになるのです。 そして、かなり短期間のうちに、権力は生産者から大規模なシステム インテグレーターに移行し、システムを調整しサポートするために、共通の標準を持つブランド化されたプラットフォームを構築することになるでしょう。 彼らは、オープンソースや、高い品質基準を満たした中小企業の買収や提携を通じて、イノベーションを促進するでしょう。 7238>
Digital History Replicated
Additive Manufacturing で展開される革命について考えるとき、偉大な変革テクノロジーであるインターネットを思い起こさないわけにはいきません。 後者の歴史から見れば、アディティブ・マニュファクチャリングはまだ1995年だと言っていいかもしれない。 この年のハイプレベルは、Wi-Fi、スマートフォン、クラウドコンピューティングの登場により、今後10年間で商業や生活がどのように変化するか、まだ誰も想像していなかったのです。 インターネットベースの人工知能とソフトウェア システムによって、工場や都市のインフラストラクチャまで、人間以上にうまく運営できるようになる日を予見していた人はほとんどいませんでした。
Additive Manufacturing の未来も、後から見ると厳密に論理的に見えるかもしれませんが、今では想像もつかないような、同様の驚きをもたらしてくれることでしょう。 新しい、非常に能力の高いプリンターが、高度に熟練した労働者に取って代わり、企業全体、さらには製造業を基盤とする国を、人を必要としない生産に移行させるかもしれないと想像してみるのです。 機械組織」において、人間はプリンターを修理するためだけに働くかもしれません。
そして、その未来はすぐにやってくるでしょう。 一度、水に足をつけ、より大きな製造の柔軟性の利点を経験すると、企業は深く潜り込んでいく傾向がある。 材料科学によってより印刷しやすい物質が作られるようになれば、より多くのメーカーや製品がそれに続くことになるでしょう。 Local Motorsは最近、ホイール、シャーシ、ボディ、ルーフ、インテリアシート、ダッシュボード（ドライブトレインは未完成）を含む見栄えのするロードスターを、下から上まで48時間でプリントできることを実証しました。 生産開始時には、ドライブトレインを含むロードスターの価格は約2万ドルになる予定です。 3-D 機器と材料のコストが下がるにつれ、従来の手法に残っていた規模の経済における利点は、小さな要因になりつつあります。
Local Motors は、格好の良いロードスターを下から上まで 48 時間でプリントできます。
自信を持って期待できることは、ここにあります。 今後 5 年以内に、標準化された部品でも経済的な、完全に自動化された、高速で大量生産可能な積層造形システムが登場することでしょう。 それらのシステムの柔軟性により、多くの製品カテゴリでカスタマイズや断片化が進み、従来の大量生産の市場シェアがさらに減少するでしょう。
スマートなビジネス リーダーは、すべての詳細や可能性が明らかになるのを待っているわけではありません。 彼らは、積層造形の開発によって、製品の設計、製造、購入、配送の方法が変わることを十分に理解している。 彼らは、製造システムの再設計の第一歩を踏み出そうとしているのだ。 新興のエコシステムにおいて、自分たちがどのような主張をするのかを思い描いているのです。 彼らは、3Dプリンティングの新しい世界での優位性を高めるために、何重もの決断を下しているのです。