航空機エンジンの心臓をプリントするGEの覚悟

3Dプリンティング（積層造形）の用途が玩具や試作品づくりといった小規模領域に留まっていたのは過去の話だ。いま、この技術が次なる産業革命の主役として存在感を放っている。とくに目立つのが、航空、半導体、医療という「高付加価値」「高信頼性」「高精度」が求められる産業における導入の加速だ。なかでもゼネラル・エレクトリック（GE）は、航空エンジン分野における3Dプリンティング活用のパイオニア的存在である。

GEは2016年に3Dプリンタ製造企業のArcam ABとConcept Laserを買収。さらにその技術を活用し、航空エンジン「LEAP」の燃料ノズルを一体造形で製造することに成功した。従来、約20部品から構成されていた燃料ノズルは、積層造形によって1部品化。結果として重量25％減、5倍の耐久性を実現し、1基あたり数十万円のコスト削減にもつながった。

このような「機能集約と軽量化」「調達コストの削減」「在庫の最小化」という利点は、航空機のような厳格な安全基準が求められる領域において、画期的といえる。

半導体装置は“試作速度”が競争力に直結する

半導体製造装置の分野でも、3Dプリンティングは静かに革命を起こしている。ASMLや東京エレクトロンなどの企業は、開発・試作フェーズにおいて3Dプリンティングを利用することで、金属パーツや配管構造の迅速なモデリングと修正を実現している。

中でも注目すべきは、米国のラムリサーチ（Lam Research）社の動きだ。同社はシリコンを使った独自の3Dプリンティングプロセス「SELFA（Selective Etching Lam Flow Additive）」を開発。これにより、従来のエッチング加工では不可能だった形状をもった構造体を、より短納期かつ高純度な状態で実現できるようになった。

こうした技術は、EUV（極端紫外線）リソグラフィー対応の次世代装置や、量子デバイス向けのナノスケール構造体に応用されることが見込まれており、もはや3Dプリンティングは「デモ」や「試作」の枠を超え、製造プロセスの根幹に食い込みつつある。

医療：カスタマイズの極致である“個別化治療”との親和性

医療分野における3Dプリンティングの可能性も見逃せない。人工関節、骨再建インプラント、歯科補綴などは、その代表格だ。たとえばスイスの医療機器メーカー・Straumannや、アメリカのZimmer Biometは、金属3Dプリンタを活用したチタン製インプラントで国際市場を席巻している。

さらに、米国スタートアップCarbon社の光造形技術「CLIP（Continuous Liquid Interface Production）」を活用することで、人工気管支などの軟部組織系デバイスの製造も現実味を帯びてきた。CLIPは光を連続的に照射しながら液体樹脂を硬化させていくため、通常の光造形に比べて圧倒的に高速で滑らかな造形が可能だ。

また、日本国内でも、国立がん研究センターががん摘出手術のための「3Dモデル臓器」を活用し、医師が術前にシミュレーションを行うといった取り組みが進んでいる。これにより手術時間の短縮や患者への負担軽減が可能となる。3Dプリントによる臓器モデルは、教育用途としても高い需要がある。

「量産化障壁」を越えるのは誰か

3Dプリンティングが抱える課題として、「量産コスト」と「スループット（処理速度）」がある。従来の射出成形などに比べると、積層造形は造形速度が遅く、量産には不向きとされてきた。しかし、ここでもGEを筆頭に産業界の巨人たちは着実に打開策を講じている。

たとえば、HPの「Multi Jet Fusion」や、ドイツEOSの新型プリンタなどは、複数パーツを同時造形できる大容量モデルの導入でスループット向上を目指している。また、GE Additiveは「Binder Jetting」方式を応用し、金属3Dプリンティングの量産ライン化を推進。従来の鋳造技術に匹敵する造形速度を目指している。

こうした動きは、単なる造形技術の進化だけでなく、サプライチェーンそのものを再設計する契機になっている。必要な部品を、必要な時に、必要な場所で製造する──この「分散型製造モデル」は、パンデミック下でのサプライ断絶を経験した各業界にとって、魅力的な構想に映る。

日本企業にとっての“次の一手”

3Dプリンティングの領域において、日本企業は必ずしも先頭を走っているわけではない。金属粉末においては大同特殊鋼や大阪チタニウムなどの素材メーカーが一定のプレゼンスを持つものの、3Dプリンタ本体や応用分野では欧米企業が主導権を握っている。

しかし、逆に言えばチャンスもある。とくに「ソフトとハードの融合」が今後の鍵を握る中で、日本の工作機械メーカーやCAD/CAMソフト企業が連携し、独自の生産エコシステムを築く可能性は十分にある。

実際、DMG森精機は金属3Dプリンティングと切削加工を組み合わせたハイブリッド工作機械を開発し、高精度かつ一体型の部品製造を可能にしている。また、NTTデータや富士フイルムがソフトウェア領域に参入し、クラウド経由の3Dプリント受託製造や材料開発を進めていることも特筆に値する。

おわりに──「未来の製造業」はすでに動き出している

3Dプリンティングはもはや“次世代技術”ではない。航空機の重要部品を構成し、半導体製造のプロセスを最適化し、個別化医療を現実のものとする―その実用化のインパクトは日々拡大している。そうした現場では、GEをはじめとした多国籍企業が一歩先を行く。

だが、日本のものづくりには依然として「緻密さ」「現場力」「改善能力」という強みがある。3Dプリンティングという武器をどう活用するか。それが、次の産業競争の分水嶺になる。