เชื่อหรือไม่? การพิมพ์ 3 มิติไม่ใช่เรื่องใหม่อย่างที่คุณคิด แนวคิดของการพิมพ์ 3 มิติมีขึ้นในปี 1945 และเริ่มปฏิบัติมาตั้งแต่ปี 1971 อย่างไรก็ตาม ความพยายามในการพิมพ์ 3 มิติครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1981 โดย Dr. Kodama ที่ต้องการจะพัฒนาเทคนิคการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว และยังเป็นคนแรกที่อธิบายแนวทางการผลิตแบบทีละชั้น นอกเหนือจากการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุแล้ว การพิมพ์ 3 มิติยังถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การก่อสร้าง สถาปัตยกรรม การออกแบบผลิตภัณฑ์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอวัยวะเทียม เป็นต้น

จากข้อมูลของ Statista ตลาดการผลิตสารเติมแต่งทั่วโลกคาดว่าจะเติบโต 17% ต่อปีจนถึงปี 2566 ทั้งนี้เนื่องจากการใช้งานด้านเทคโนโลยีเพิ่มขึ้นและสารเติมแต่งโลหะมีศักยภาพมากขึ้นเรื่อยๆ ยิ่งไปกว่านั้น ตลาดผลิตภัณฑ์และบริการสำหรับการผลิตสารเติมแต่งคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเกือบสามเท่าในระหว่างปี 2020 และ 2026 ปัจจุบันการผลิตสารเติมแต่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาเต็มที่แล้ว ความสนใจของผู้บริโภคและความแข็งแกร่งของฝากฝั่งอุตสาหกรรม ซึ่งต่างเติบโตในทศวรรษ 2010s มาโดยตลอด ซึ่งอาจทำให้คิดไปได้ว่าสารเติมแต่งจะเข้ามาแทนที่การผลิต CNC และการกัดแบบดั้งเดิมนั้น อาจเนื่องมาจากรายงานของ Lux Research ที่คาดการณ์มูลค่าตลาดการพิมพ์ 3 มิติจะนี้จะสูงถึง 51 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2030

               ตามรายงานของ AMPOWER ปี 2023 กล่าวว่าตลาดการผลิตสารเติมแต่งโลหะทางอุตสาหกรรมเติบโตมากกว่า 20% ในปี 2022 ซึ่งเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์โพลีเมอร์แล้วก็ถือว่าสูสี อย่างไรก็ตาม ตลาดโพลิเมอร์ AM ยังคงสร้างรายได้มากกว่าสองเท่าในระยะยาว ตลาดโลหะคาดว่าจะเติบโตมากกว่าสองเท่าของตลาดโพลิเมอร์จนถึงปี 2027 มูลค่าของตลาดโลหะ AM เพียงลำพังนั้นมีมากกว่า 3.30 พันล้านเหรียญสหรัฐในปี 2022 และคาดว่าจะมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีเกือบ 30% ต่อปี ซี่งเริ่มต้นที่ 7.14 พันล้านเหรียญฯ ในปี 2022

การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม โดยอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเป็นประเทศแรกที่ยอมรับการพิมพ์ 3 มิติ สำหรับการดูแลสุขภาพ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และ ทันตกรรม ต่างใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างชิ้นงานต่างๆ เช่น ฟันเทียม อินเลย์ และรากฟันเทียมอื่นๆ การพิมพ์ 3 มิติสร้างวัตถุสามมิติโดยการเพิ่มวัสดุเป็นชั้น ๆ จนมีรูปทรงตามที่ได้ออกไว้โดยซอฟต์แวร์เพื่องานออกแบบ (CAD) การพิมพ์ 3 มิตินี้เรียกอีกอย่างว่าการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (AM) ช่วยให้ผลิตชิ้นส่วนแบบกำหนดเองที่ มีรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน และเกิดความสูญเสียวัสดุน้อยที่สุด จึงช่วยลดต้นทุนของชิ้นส่วนที่มีมูลค่าสูง อีกทั้งช่วยให้ปรับเปลี่ยนการออกแบบได้อย่างรวดเร็ว และด้วยประสิทธิภาพในระหว่างกระบวนการผลิตนี้เองที่ลดเวลาในการผลิต เทคโนโลยียังทำให้สามารถสร้างสิ่งต่าง ๆ ที่เคยจำเป็นต้องประกอบจากหลาย ๆ ชิ้นให้เป็นชิ้นงานเดียวกัน ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแกร่ง และอายุการใช้งานให้ยาวนานขึ้น ตลาดการผลิตสารเติมแต่งและวัสดุมีการแข่งขันค่อนข้างสูง ผู้เล่นหลักที่มีส่วนแบ่งการตลาดที่สำคัญกำลังมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาความสามารถในการออกแบบเชิงสร้างสรรค์สำหรับเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติ และเมื่อเพิ่มความสามารถของซอฟต์แวร์ที่ปรับให้เหมาะกับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุแล้ว ผู้ประกอบการจะสามารถเพิ่มฐานลูกค้าในตลาดต่างประเทศ อีกทั้งยังจะร่วมงานกันเชิงกลยุทธ์ เพื่อเพิ่มส่วนแบ่งการตลาดและความสามารถในการทำกำไร

คาดว่าภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกจะมีอัตราการเติบโตที่สำคัญ โดยจีนตั้งเป้าเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันอุตสาหกรรมตามยุทธศาสตร์ “Made in China 2025” ด้วยการลงทุนในเทคโนโลยีที่ล้ำสมัย เช่น การพิมพ์ 3 มิติ และจัดเตรียมกำลังคนในอนาคต การสำรวจที่จัดทำโดยบริษัทเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ “Materialise” ระบุว่า 30% ของกลุ่มบริษัทผู้ผลิตของจีน มีวิสัยทัศน์ร่วมว่าการพิมพ์ 3 มิติจะมีความสำคัญมากกว่าการผลิตแบบดั้งเดิม ในขณะเดียวกันเทคนิค 3D bio-printing กำลังพัฒนาโดย Pohang University of Science and Technology (POSTECH) ของเกาหลีใต้ เพื่อการวิศวกรรมอวัยวะเสมือนจริง ตามข้อมูลของสถาบันวิจัยบ่งชี้ การสร้างอวัยวะทดแทนที่มีความซับซ้อนมากแบบอัตโนมัตินั้นเป็นไปได้เมื่อสามารถบูรณาการการพิมพ์ 3 มิติ เข้ากับ เทคโนโลยี AI และหุ่นยนต์ พัฒนาการแบบ้าวกระโดยเช่นนี้ยังพบได้ในประเทศญี่ปุ่น เช่น เครือบริษัทของญี่ปุ่น เช่น JGC Holdings Corporation ได้ติดตั้งเครื่องพิมพ์ COBOD 3D ในงานก่อสร้าง พบว่าเทคโนโลยี COBOD ช่วยลดเวลาในการสร้างแบบหล่อขึ้นรูปได้อย่างมาก ซึ่งจากกรคำนวณพบว่าการพิมพ์ 3 มิติ อาจสามารถลดขั้นตอนการทำงาน จากเดิมใช้เวลาถึง 16 วันให้เหลือเพียง 8 วัน

นอกจากนี้ การพัฒนาล่าสุดพบว่าการผลิตแบบกระจายและการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ หรือที่เรียกว่าการพิมพ์ 3 มิติ เป็นส่วนผสมที่ทรงพลัง เพื่อแก้ปัญหาความท้าทายในห่วงโซ่อุปทาน ด้วยเหตุนี้ บริษัทชั้นนำบริหารจัดการความเสี่ยงด้านอุปทานจากการกระจายการผลิตตามพื้นที่ทางภูมิศาสตร์  พิจารณารูปแบบการใช้งาน พบว่า กระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุนั้น เหมาะสมกับการผลิตที่ลักษณะเป็นชุดเล็ก จำนวนไม่มาก การพิมพ์ 3 มิติสำหรับการผลิตแบบกระจาย จะเป็นประโยชน์สูงสุดสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีมูลค่าสูง เช่น ชิ้นส่วนที่ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและเทคโนโลยีทางการแพทย์ หรือชิ้นส่วนอะไหล่ที่มีปริมาณน้อย สิ่งเหล่านี้เป็นหนึ่งในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีแห่งการเปลี่ยนแปลงที่ประกอบกันเป็นอุตสาหกรรม 4.0

บริษัทล้วนหาวิธีป้องกันภาวะชะงักงันจากความล่าช้าที่เกิดในกระบวนการจัดส่งกระจายสินค้า หรือหลีกเลี่ยงต้นทุนที่สูงขึ้นจากการสรรหาตัวเลือกการขนส่ง ชุดวิธีแก้ไขปัญหาหนึ่งที่น่าสนใจ คือ การออกแบบห่วงโซ่อุปทานและเครือข่ายการผลิต ไปสู่การผลิตแบบกระจายศูนย์ รายงานจาก BCG เสนอว่า  เพื่อลดความเสี่ยงในห่วงโซ่อุปทานที่เฉพาะเจาะจง ผู้ผลิตสามารถกระจายการผลิตโดยประยุกต์วิธีการ 3  มิติ โดยอาจนำไปใช้เพียงมิติเดียว บางมิติ หรือผสมผสานทุกมิติรวมกัน

               ผู้ผลิตสามารถรวม รูปแบบการผลิตแบบกระจาย เข้ากับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ เพื่อลดความเสี่ยงในห่วงโซ่อุปทาน วิธีการแบบผสมผสานจะช่วยให้บริษัทเกิดความความยืดหยุ่น เกิดความความยั่งยืน และสร้างคุณค่าให้กับธุรกิจ ความสำเร็จของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี ขึ้นอยู่กับว่าเมื่อประเมินแล้ว เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุนั้นนำไปสู่กรณีการใช้งานการผลิตแบบกระจายสามมิติ ที่ก่อให้เกิดความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ได้อย่างไร เมื่อคำนึงถึงความท้าทายที่มีเข้ามาในห่วงโซ่อุปทานอย่างต่อเนื่อง ทุกผู้ผลิตควรพิจารณาเลือก แนวทางวิธีการผลิตแบบกระจายด้วยการพิมพ์ 3 มิติ ที่ส่งเสริมศักยภาพของธุรกิจตนเอง

Article by: Asst. Prof. Suwan Juntiwasarakij, Ph.D., Senior Editor

Believe it or not? 3D printing is not new as you might think. The concept of 3D printing existed in 1945, and the practice has been since 1971. However, the first 3D print attempts were dated from 1981 by Dr. Kodama for developing a rapid prototyping technique. He was the first to describe a layer-by-layer approach to manufacturing. Apart from additive manufacturing, 3D printing has been ubiquitously utilized in industries such as construction, architecture, product design, medical devices, and prosthetics, just to name a few.

According to Statista, the global additive manufacturing market is expected to grow 17% annually through 2023 as the applications for the technology increase and metal additive becomes more and more viable. Moreover, the additive manufacturing products and services market is expected to almost triple between 2020 and 2026. Today, additive manufacturing is a mature technology. The consumer interest and robustness of industrial platforms grew throughout the 2010s. Some think additives will replace traditional CNC and milling manufacturing, as Lux Research reported that the 3D printing market value will reach USD 51 billion by 2030.

According to AMPOWER Report 2023, the industrial metal additive manufacturing market grew by more than 20% in 2022, narrowing the revenue gap with its polymer counterpart. However, the polymer AM market still generates more than twice the revenue. Looking ahead, the metal market is projected to grow at more than twice the rate of the polymer market until 2027. The metal AM market alone was valued at over USD 3.30 billion in 2022 and is expected to have a CAGR of almost 30% annually, starting at USD 7.14 billion in 2022.

Additive manufacturing is used widely in many industries, and the aerospace industry was the first to embrace 3D printing. In healthcare, medical devices and dentistry use 3D printing in items such as dental prostheses, inlays, and other implants. 3D printing creates a three-dimensional object by adding materials in layers to a computer-aided design (CAD) model. This 3D printing, also called additive manufacturing (AM), enables the production of custom parts with intricate geometries and minimal waste, thereby reducing the cost of high-value parts. It helps in quick design alterations with efficiency during the manufacturing process, which reduces the lead times. Technology also makes it possible to construct things that formerly needed assembly from several pieces into a single entity, improving their strength and longevity. The additive manufacturing and materials market is quite competitive. The major players with a significant market share are concentrating on developing generative design capabilities for 3D printing techniques. By adopting software capabilities optimized for additive manufacturing, companies want to increase their customer base across international markets and utilize strategic collaborative initiatives to increase their market share and profitability. 

Asia Pacific is expected to witness a significant growth rate. China has set targets to increase industrial competitiveness in its Made in China 2025 strategy. They will do this by investing in cutting-edge technologies, like 3D printing, and preparing the future workforce. A survey conducted by a 3D printing technology company, “Materialise,” among Chinese manufacturing companies stated 30%of companies agree that 3D printing will become more important than traditional manufacturing. Meanwhile, the 3D bio-printing technique was developed by the Pohang University of Science and Technology (POSTECH) in South Korea for realistic engineered organs. As per the research institute, more automatized and elaborate methods for generating organ substitutes would be possible if 3D printing is integrated with AI and robotic technologies. Rapid development is also found in Japan as JGC Holdings Corporation, a Japanese conglomerate, installed COBOD 3D printer in its construction work. Adopting COBOD technology will drastically reduce formwork construction time. The firm calculated that 3D printing might have cut this process from 16 to 8 days.

Furthermore, recent developments found that distributed manufacturing and additive manufacturing, AKA 3D printing, can be a powerful combination for solving supply chain challenges. Leading companies manage supply risks by distributing production geographically. For many use cases, additive manufacturing systems and processes are now technologically ready for small-series production. Applying 3D printing in distributed manufacturing will be most beneficial for producing high-value parts, such as those used in the aerospace and medical technology industries or low-volume replacement parts. These are among the transformative technology applications that constitute Industry 4.0.

               Companies have sought ways to avert the disruptions caused by delayed deliveries or avoid the higher costs of alternative transport or sourcing. A solution gaining traction is redesigning supply chains and production networks toward distributed manufacturing. According to BCG’s 3D Printing Helps Realize the Promise of Distributed Manufacturing, producers can distribute manufacturing in three ways to mitigate specific supply chain risks. Companies can apply these dimensions individually or in combination

               Producers can combine distributed and additive manufacturing to mitigate rising supply chain risks. The combined approach helps companies promote resilience, sustainability, and value creation. Success requires assessing how additive manufacturing can enable economically viable use cases across the three dimensions of distributed manufacturing. Given the persistence of supply chain challenges, all producers should consider their options for empowering distributed manufacturing with 3D printing.

Article by: Asst. Prof. Suwan Juntiwasarakij, Ph.D., Senior Editor

信じられないかも知れぬが 3D プリントは皆が思っているほど新しいものでは無い。 3D プリントの概念は 1945 年から存在し1971 年から実践されていた。最初の 3D プリントの試みは、ラピッド プロトタイピング技術を開発するために児玉博士によって 1981 年に行われた。 彼は製造に層の上に層を重ねていくアプローチを世界で初めて考え出した。 アディティブ（積層造形）マニュファクチャリングとは別に3D プリンティングはその一例として建設、建築、製品設計、医療機器、人工装具などの業界で広く利用されている。

Statista によれば世界のアディティブ マニュファクチャリング市場は2023 年まで毎年 17% 成長するとの予測だ。これはこの技術の応用が増加し金属アディティブが益々実行可能となるためだ。そして更にアディティブ マニュファクチャリング製品およびにその市場は2020 年から 2026 年の間にほぼ 3 倍になると予想されている。今日においてアディティブ マニュファクチャリングは成熟した技術だ。 産業用プラットフォームに対する消費者の関心と堅牢性は2010 年代を通じて高まった。 Lux Researchは 3D プリンティングの市場価値は 2030 年までに 510 億米ドルに達すると報告したように添加剤が従来の CNC およびフライス加工製造に取って代わると考える者もいる。

AMPOWER Report 2023 によれば工業用金属アディティブ（積層造形）市場は 2022 年に 20% 以上の成長を達成しポリマー市場との収益格差が縮小したという。 ただしポリマー AM 市場は依然としてこれの 2 倍以上の収益を上げている。今後金属市場は2027 年までにポリマー市場の 2 倍以上の速さで成長すると予測されている。金属 AM 市場だけでも2022 年には 33 億米ドル以上の規模となっており 2022 年には 71.4 億米ドルから年間ほぼ 30% の CAGR になると予想されている。

アディティブ マニュファクチャリングは多くの業界で広く使用されておりその中でも航空宇宙業界は 3D プリントを最初に採用した業界だ。 ヘルスケア、医療機器や歯科分野では義歯、インレーやその他のインプラントなどに 3D プリントが利用されている。 3D プリントではコンピューター支援設計 (CAD) モデルにレイヤーの上に材料を追加する事より3 次元オブジェクトを作成する。 付加製造 (AM) とも呼ばれるこの 3D プリンティングは複雑な形状と無駄を最小限に抑えたカスタム パーツの製造を可能にしそれによって高価値パーツのコスト削減が可能なのである。 製造工程での迅速な設計変更を効率的に行ってリードタイムを短縮できる。この技術はまた以前は幾つかの部品から一つの物を組み立てる必要があったものを一気に構築する事を可能にしそれらの強度と寿命を向上させる。アディティブ マニュファクチャリングおよび材料市場は超競争激化市場である。 大きな市場シェアを持つ主要企業は3D プリント技術のジェネレーティブ デザイン機能の開発に力を入れている。 アディティブ マニュファクチャリング向けに最適化されたソフトウェア機能を採用する事で企業は国際市場でその顧客基盤を拡大し戦略的な共同イニシアチブを活用して市場シェアと収益性を高めたいと考えている。

アジア太平洋地域においては大幅な成長率の達成が期待されている。 中国は Made in China 2025 戦略で産業の競争力を高める目標を設定。3D プリントなどの最先端技術に投資して将来の労働力を準備する事でこれを実現する。3Dプリント技術企業の「Materialise」 が中国の製造企業を対象に行った調査によると30% の企業が 3D プリントが従来の製造業よりも重要になると考えているという。一方3D バイオ プリンティング技術は韓国の浦項科学技術大学 (POSTECH) によって実用的な人工臓器製造のために開発された。同研究機関によれば3D プリントが AI やロボット技術と統合されれば代替臓器を生成するためのより自動化された精巧な方法が可能になるであろうとの事だ。日本のコングロマリットである日揮ホールディングス株式会社が建設工事にCOBOD 3Dプリンターを導入した事で日本でも急速な発展が見られた。 COBOD 技術を採用すれば型枠の建設時間が大幅に短縮される。同社の算出によれば3D プリントによってこのプロセスは16 日間から 8 日間に短縮される可能性があるという。

そして更に最近の開発で分散型製造とアディティブ（積層造形）とAKA 3D プリンティングがサプライ チェーンの課題を解決するための強力な組み合わせになり得る事が分かった。大手企業は生産を地理的に分散させる事で供給リスクを管理している。多くのユースケースでアディティブ マニュファクチャリング システムとプロセスは現在は技術的には少量生産の準備が整っている。分散型製造に 3D プリントを適用する事は航空宇宙および医療技術産業で使用される部品や少量の交換部品などの高価値部品を製造するのに最もメリットがある。これらは Industry 4.0 を構成する革新的なテクノロジー アプリケーションの 1 つだ。

企業は配送の遅延によって引き起こされる混乱を回避する方法または代替の輸送や調達のコストが高くなるのを回避する方法を模索して来た。 注目を集めているソリューションは分散型製造に向けてサプライ チェーンと生産ネットワークを再設計する事だ。BCG の 3D Printing Helps Realize the Promise of Distributed Manufacturing (3D プリンティングは分散製造の約束を実現するのに役立つ）の考え方によると生産者は特定のサプライ チェーンのリスクを軽減するために3 つの方法で製造を分散させる事ができるという。企業はこれらのディメンションを個別または組み合わせて利用できる

生産者は分散型製造とアディティブ製造を組み合わせてサプライ チェーンのリスクの高まりを軽減できる。組み合わせたアプローチは企業が回復力、持続可能性、およびに価値創造を促進するのに役立つ。これを成功させるにはアディティブ マニュファクチャリングが分散型製造の 3 つの側面にわたって経済的に実行可能なユース ケースをどのように実現できるかの評価が必要だ。サプライ チェーンの課題が未だに解決していない事を考えれば全ての生産者は3D プリントで分散型製造を強化するためのオプションを検討する必要があろう。

Article by: Asst. Prof. Suwan Juntiwasarakij, Ph.D., Senior Editor