2019 年 NEDO TSC Foresight セミナー ( 第 3 回 ) TSC Foresight 金属積層造形プロセス概要井関隆之 2019 年 2 月 8 日国立研究開発法人新エネルギー産業技術総合開発機構 (NEDO) 技術戦略研究センター (TSC) ナノテクノロジー材料ユ

(1)

2019年 NEDO 『 TSC Foresight 』セミナー（第3回）

井関隆之

2019年2月8日

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）

技術戦略研究センター (TSC)

ナノテクノロジー・材料ユニット

TSC Foresight

金属積層造形プロセス

概要

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TSC Nanotechnology & Materials Unit

１、金属積層造形プロセス技術：概要

金属粉末を1層づつ積み上げ、熱エネルギーで立体造形する技術

（複数の手法有、造形構造や用途および材料によって使い分け）

（手法の一例）粉末床溶融結合方式

特徴の一例

熱エネルギービーム（レーザーor電子ビーム）（繰り返し）金属粉末（焼結部分）（未焼結部分）（焼結プロセス）リコータ金属粉末（金属粉末敷き詰めプロセス）（造形部分）（エネルギービーム走査機構）

金属造形部品

出典：NEDO 技術戦略研究センター作成（2018）出典：TRAFAMホームページ

従

来

加

工

で

は

困

難

な

造

形

が

可

能

短

納

期

・

少

量

・

多

品

種

製

造

に

適

す

る

【装置技術】

【プロセス技術】

【金属材料技術】

(3)

2 １、金属積層造形プロセス技術：技術体系

出典：NEDO 技術戦略研究センター作成（2018）

金属

粉末

技術

・アトマイズプロセス

・分級プロセス

・粒度分布

・

欠陥

（ポロシティ）

・材料コスト

・

粉末回収

、リサイクル方法

・酸化防止

【金属材料技術】

【装置技術】

装置メーカー

材料メーカー

【造形プロセス技術】

（設計＋造形レシピ開発）

ユーザー

企業

造形品

（造形構造設計・活用）

装置技術

・

熱エネルギー

源

・

熱エネルギー

走査方法

・加熱/放熱機構

・造形速度・時間

・

粉末

供給システム

・

粉末

敷き詰め技術

・

粉末回収

システム

・コンタミ防止方法

・

スパッタ

低減技術

・

ヒューム

制御技術

・

スモーク

制御技術

・

造形物品質

管理方法

・ソフトウエア技術

・低コスト化設計

・大型部品造形

造形プロセス技術

・

熱エネルギー

密度

・保持温度

・冷却速度

・造形描画手順

・粉末粒径/分布と造形精度

・

スパッタ

低減技術

・

ヒューム/スモーク

制御技術

・結晶性制御

・

欠陥

低減方法

・

造形物品質

制御方法

・サポート設計技術

技術分野の関連性

（その他）設計技術

・トポロジー最適化

・3D－CAD

・データ変換

・サポート設計



技術としては、装置/金属粉末材料/プロセス（レシピ）の3要素に大別される。



3要素はそれぞれに密接に関連、独立に扱うと適切な造形品を得ることは困難。



技術全体を統合化する（例えば装置企業がコントロール）方向にある。

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１、金属積層造形プロセス技術：政策との関係

【第5期科学技術基本計画（H28-H32）】：超スマート社会(Society5.0)

必要なもの・サービスを、

必要な人に、必要な時に、必要なだけ提供し

、社会の様々な

ニーズにきめ細かに対応でき

、あらゆる人が質の高いサービスを受けられ、年齢、性別、

地域、言語といった様々な違いを乗り越え、活き活きと快適に暮らすことのできる社会。

出典：内閣府「第5期科学技術基本計画」を基にNEDO 技術戦略研究センター作成（2018）

３Dプリンタ

等

の革新的な生産技術の開発

工場・ﾌﾟﾗﾝﾄ等生産ﾌﾟﾛｾｽにおける

ｴﾈﾙｷﾞｰ利用効率向上技術の開発

Additive

Manufacturing

樹脂材料は試作品開発の

効率化に寄与

金属材料は試作品開発

の効率化だけでなく、実

部品の生産へも展開

カスタマイズ製品の提供

Society 5.0実現のための12のシステム・課題

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4 ２、市場動向：金属積層造形装置の販売台数



装置出荷台数は2010年頃から伸びが上昇、特に2017年には前年比2倍近い伸び。



装置はドイツ製が過半数を占める（ただしConcept Laser, ArcamはGEが買収）。



ただし、2017年時点で全出荷台数は5768台。普及に向けての参入余地は大きい。

出

荷

台

数

（

台

）

出荷年

（年）

出典：（シェア）GlobeNewswire 発表、（年推移）Wohlers Associate 発表を基に、NEDO 技術戦略研究センター作成（2018）

金属積層造形装置出荷台数年推移

全出荷台数：5768台

（ドイツ）（ドイツ⇒米国）（ドイツ）（米国）（ドイツ）（スウェーデン⇒米国）（英国）

金属積層造形装置シェア

(2000～2017年）

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TSC Nanotechnology & Materials Unit 国社名 用途・目的、材料等 造形方式、備考 日本松浦機械製作所金型（深リブ、水管その他）粉末床溶融結合方式＋2014より北米でAvance-25販売開始切削加工の複合機ソディック金型、3次元冷却配管、複雑意匠デザイン等粉末床溶融結合方式＋切削加工の複合機 DMG森精機航空機、医療等（指向性エネルギー堆積方式）多品種少量部品、複雑形状部品（粉末床溶融結合方式）レーザー溶融堆積方式＋REALIZER（ドイツ）を子会社化切削加工の複合機ヤマザキマザック補修、コーティング、ニアネットシェイプ等指向性エネルギー堆積方式＋切削加工の複合機アスペクトチタン、ステンレス、CoCr・鉄・アルミ等粉末床溶融結合方式（レーザー）富士通アイソテックステンレス、インコネル、アルミ、ニッケル、銅合金等（2016年時点）指向性エネルギー堆積（金属ワイヤ使用）方式切削仕上げが必要リコー開発中（2016年時点）バインダー噴射方式（後に焼結）米国３D Systems ステンレス、工具鋼、超合金、非磁性合金、サーメット粉末床溶融結合方式（レーザー） DDM Systems タービン部品、ニッケル合金粉末床溶融結合方式、液体セラミックバインダの光造形方式(後に焼結）も Desktop Metal ステンレス、インコネル、工具鋼、銅等金属粉末とバインダー混合物の押出し成形方式（後に焼結）英国 Renishaw 航空宇宙、医療等粉末床溶融結合方式（レーザー）スウェーデン ARCAM 医療、航空（チタン・アルミ・バナジウム合金、純チタン、コバルト・クロム合金、チタン・アルミ合金、インコネル718）粉末床溶融結合方式（電子ビーム）カナダAP&C（材料企業）を子会社化米国GEが買収ドイツ SLM Solutions 航空宇宙、自動車、エネルギー、医療、工作機械等粉末床溶融結合方式（レーザー） EOS 自動車、航空、医療、歯科医療、ツーリング、工業向け、ライフスタイル製品粉末床溶融結合方式（レーザー）レーザー方式の最大手 Concept Laser 航空、自動車、医療、歯科医療、ジュエリー等粉末床溶融結合方式（レーザー）造形空間世界最大レベル米国GEが買収

5

出典：各種技術情報を基にNEDO 技術戦略研究センター作成（2018）

２、市場動向：金属積層造形装置開発企業と方式

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6 ２、市場動向：市場規模予測



航空機用途への実用化が開始、また一部の金型へ適用が進みつつある



今後製造現場への導入が増え、装置・材料・造形品共に市場の拡大が予測される。

出典：各種市場規模予測データを基にNEDO 技術戦略研究センター作成（2018）

造形装置

金属粉末材料

造形品

現在

1,223億円(2017年)

110億円(2016年)

-予測（2030年）

6,500億円

5,000～6,500億円

約2兆円

装置/金属粉末/造形品ごとの市場規模予測

2030年予測市場規模

金額：金属積層造形プロセスを用いた造形部品市場、（）内は各分野の全体金属製品市場規模

造形品市場規模予測（金属積層造形技術の寄与分のみ）

航空・宇宙

（ｴﾝｼﾞﾝ部品等）1,100億円

（5.7兆円）

発電

（ﾀｰﾋﾞﾝ部品等）200億円

(24兆円）

医療

（ｲﾝﾌﾟﾗﾝﾄ等）5,600億円

(5.9兆円）

エレクトロ

ニクス

（ﾒﾀﾏﾃﾘｱﾙ等）4,000億円（

7,000億円）

自動車

（ﾗｼﾞｴｰﾀ・ターボ部品等）600億円

(3.4兆円）

ロボット

（ｱｸﾁｭｴｰﾀ等）1,000億円

(1.9兆円）

金型

工具

8,000億円

（約8兆円）

補修部品

（自動車・航空機・建材部品）210億円

（約4兆円）

金

属

積

層

造

形

プ

ロ

セ

ス

に

よ

る

市

場

規

模

部品単価

社会実装化が先行

しつつある市場

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7 ３、特許論文分析：特許



総件数は中国が5割近く。特に2013年から急激に増えていることが分かる。



中国は大学からの出願が多い。米国は実用化に注力した企業による出願が多い。

7 順

位

機関

発表

数

1 GE（米国）

84

2 UNITED

TECHNOLOGIES

（米国）

68

3 DESKTOP METAL

（米国）

63

4 HP（米国）

46

5 UNIV

SOUTH

CHINA TECH.（中

国華南理工大学）

32

5 UNIV HUAZHONG

SCI TECHNL（中国

華中科技大学）

32

5 SIEMENS （ドイ

ツ）

32

5 UNIV

BEIJING

S&T（中国北京科

技大）

32

9 UNIV

XI

AN

JIAOTNG （中国

西安交通大学）

26

10 UNIV JILIN（中国

吉林大学）

22

出典：NEDO 技術戦略研究センター作成（201８）

国別特許シェア

金属積層造形技術分野特許出願年推移

出願機関位ランキング

全件数：7782件

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8 ３、特許論文分析：論文



総論文数では米国がリード、米国と中国が2014年頃から急伸。



研究機関としては中国と米国が上位を占める。シンガポールにも注目。

順位機関発表数 1 CHINESE ACAD SCI（中国） 182 2 PENN STATE UNIV（米国） 138 3 NANYANG TECH.UNIV. （星南洋理工大学） 136 4 UNIV HUAZHONG SCI TECHNL （中国華中科技大学） 116 5 GEORGIA INST TECNL.（米国） 111 6 OAK RIDGE NATL

LAB.（米国） 92 7 TSINGHUA UNIV （中国清華大学） 90 8 NORTHWESTERN POLITEC UNIV （米国） 87 9 INDIAN INST TECHNL（米国） 85 1 0 OHIO STATE UNIV（米国） 84 出典：NEDO 技術戦略研究センター作成（2018）

国別論文シェア

金属積層造形技術分野論文発行件数年推移

発表機関上位ランキング

全件数：8735件

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9 ４、国内外の動向：プロジェクト



各国とも国が力を挙げて推進。日本はTRAFAM、SIPで関連する研究を主導。



欧米ならびに中国は人財育成（3Dプリンタに親しむ）に力を入れている。

9

出典：「新ものづくり研究会」報告書（2014）を基にNEDO 技術戦略研究センター作成（2018）

国別論文シェア

諸外国の取り組み例（全材料）

国 取り組み、プロジェクト例 予算規模 内容 人材育成 米国 National Additive Manufacturing Innovation Institute （America Makesに改称） 3000万ドル (国防省） 4000万ドル (企業、州) ・3Dのパイロット拠点・材料データベース構築・次世代装置、造形プロセス・モデリングシミュレーションツール 1000近い学校に3Dプリンタなどを設置欧州ドイツ Direct Manufacturing Research Center 約14億円 (2013年）・設計ルール、コスト分析、リペア、複雑形状、材料開発、強度評価等産学官で研究・Fraunhofer研究所、Paderborn大学拠点で金属3D技術開発職業訓練校に3Dプリンタ等の教育の場を提供英国 Manufacturing Technology Center 高付加価値製造カタパルト約60億円 239億円（総額）・産学連携拠点・AM実用化研究・Arcam社装置を活用・Rolls-Royce,AirBus等が参画 100近い学校に3Dプリンタを導入、授業に使う中国 3Dプリンタ技術産業連盟 - ・国、大学、企業による共同出資・清華大、北京航空航天大等が参画一部の学校で3Dプリンタを使う授業を開始シンガポール RIE2020計画約30億円（南洋理工大）他、500億円/5年投資予定・南洋理工大に研究センター立ち上げ (2014) ・防衛用Al、Cu合金、ハイブリッド構造等を研究台湾レーザー積層造形産業クラスター - ・3次元積層造形向けのレーザー技術、積層造形産業用アプリケーションの研究を促進日本 TRAFAM SIP 62億円（総予算）・粉末床溶融結合、レーザーデポ法等・世界最高水準の装置開発・異方性カスタマイズ技術開発等

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10 ５、技術課題：各用途ごとの現状と課題



各用途共通の課題として、品質、コスト等が挙げられる

出典：各種技術情報を基にNEDO 技術戦略研究センター作成（2018）

2019 年 NEDO TSC Foresight セミナー ( 第 3 回 ) TSC Foresight 金属積層造形プロセス 概要 井関隆之 2019 年 2 月 8 日国立研究開発法人新エネルギー 産業技術総合開発機構 (NEDO) 技術戦略研究センター (TSC) ナノテクノロジー 材料ユ