3Dプリント：デザイナーと開発者は注意を払う必要がありますか？

3D印刷は新しいテクノロジーではありませんが、最近のいくつかの分野での進歩により、愛好家や企業が3Dプリントを利用しやすくなっています。 他の技術セクターと比較すると、それはまだ小さな産業ですが、ほとんどのアナリストはそれが多くの可能性を秘めていることに同意しています。 しかし、フリーランスのデザイナーやソフトウェアエンジニアの可能性はどこにあるのでしょうか。

数週間前、私が2、3の出版物で3D印刷を扱っていたので、仲間のToptalerが私にこれを尋ねました。 明確な答えはありませんでした。 これは限られた上向きとマスマーケットの魅力を持つニッチ産業であるため、私はビジネスチャンスをリストすることはできませんでした。 さらに、3D印刷はまだ成熟したテクノロジーではありません。つまり、思い切って進んでいくデザイナーや開発者向けの標準化やオンラインリソースはそれほど多くありません。

ただし、これはビジネスチャンスがないことを意味するものではありません。 彼らはそこにいますが、限られています。 この投稿では、3D印刷業界の違いと、フリーランサーが今後期待できることについて説明します。

愛好家や企業向けの3Dプリント

まず、3D印刷、つまり積層造形業界では、2つの非常に異なるニッチを区別する必要があると思います。

スペクトルの一端には、無数のハードウェア愛好家、ソフトウェア開発者、およびデザイナーがオープンソースプロジェクトに取り組んでいます。 RepRapプロジェクトは、業界のどの同様のイニシアチブよりも優れた、この無駄のないオープンなアプローチを具体化しています。 RepRapはReplicationRapidPrototyperの略で、基本的には溶融フィラメント製造（FFF）技術に基づいた安価なプリンターを開発するためのイニシアチブです。 基本的に、それは熱溶解積層法（FDM）テクノロジーですが、RepRapはStratasysによって商品化されているため、その名前を使用できません。 FDMに関する会社の特許が失効したとき、FDMは、別の名前ではありますが、オープンソースコミュニティに受け入れられました。

RepRapは今年10周年を迎え、最初のプリンターは発売から数年後に登場しました。 2010年までに、RepRapプロジェクトは第3世代の設計になり、RepRapコミュニティは今後数年間で大きな成長を遂げました。

RepRapイニシアチブから生まれる注目すべき機能の1つは、自己複製です。 プロジェクトの最終的な目標は、最終的に自分自身を複製する3Dプリンターを作成することです。 私たちはまだそこにいませんが、一部のRepRapデザインでは、ユーザーはプリンターの4分の3を印刷できます。 まだ押出機や電気サーボを印刷することはできませんが、それは始まりです。

ただし、RepRapが商業的に成功するとは考えられていませんでした。 これは技術第一のイニシアチブとして作成されたため、消費者中心ではありませんでした。 さまざまな技術を開拓し、それらを低コストでホビー市場に投入することがすべてでした。 RepRapは決して現金牛であるとは考えられていませんでした。

では、大企業はどうですか？ 多くの業界のパイオニアは、すでに3Dプリントの大物になっています。 これらには、Stratasys、3D Systems、Ultimaker、Printbotが含まれます。 RepRapプリンターは依然として大きな市場シェアを占めており、独自のプラットフォームに圧迫されていません。 実際、ほとんどのベンダーは、互換性を保証するために、いくつかのRepRap標準を採用する以外に選択肢はありません。

ただし、3D印刷会社とそれぞれの市場シェアをリストするだけでは、全体像を描くことはできません。 たとえば、RepRapはFFFテクノロジーに限定されています。これは、今日最も普及している3D印刷テクノロジーです。 問題は、FFFプリンターには多くの制限があるため、多くの業界で使用できないことです。

さまざまなアプリケーションのためのさまざまなテクノロジー

そこに何があるかをよりよく理解するために、現在利用可能な3D印刷技術を調べる必要があります。 ハードウェアオタクでない場合、これは面白くないように思われるかもしれませんが、さまざまな印刷テクノロジの違いを理解することが重要です（このセクションはできるだけ簡潔にしようと思います）。

• FFF / FDMは通常、プリントベッドに堆積する前にプリンター押出機によって加熱される熱可塑性の「フィラメント」に依存しています。 ほとんどのFFFプリンターは、ABSおよびPLAプラスチックフィラメントに依存していますが、最新モデルでは、ポリカーボネート（PC）、高密度ポリエチレン（HDPE）、耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）フィラメントも使用されています。 プラスチックの代わりに金属線を使用するものもあれば、おがくずを使用して準木材オブジェクトを作成するものもあります。 食べ物、チョコレート、パスタなどを印刷できるものもあります。

• 粒状プリンターは、材料がフィラメントではなく、通常は粉末金属であるため、さまざまな獣です。 これらのプリンターは、レーザー技術に基づいている傾向があります（ただし、オフィスのレーザープリンターとの共通点はあまりありません）。 彼らは強力なレーザーを使用して、粒状材料を選択的に融合します。 これを行うにはいくつかの方法があります。選択的レーザー焼結（SLS）プリンターは「焼結」のプロセスによって小さな金属粒子を溶融し、選択的レーザー溶融（SLM）プリンターは粉末を溶融します。 電子ビーム溶解（EBM）プリンターは、真空環境で電子ビームを使用して金属粉末に衝突します

• ステレオリソグラフィー（SLA）プリンターは、光を使用して液体原料を固体に変換します。 ほとんどの場合、SLA印刷は支柱やサポートを必要としないため、これらのプリンターには、精度と1回のパスで複雑なオブジェクトを生成する機能の点で多くの利点があります。 欠点は、材料の選択が非常に限られていることです。 それらは通常エキゾチックな液体ポリマーであり、金属やチョコレートの印刷には使用できません。

そこにはさらにいくつかの3D印刷技術がありますが、このブログ投稿の目的のためにそれらすべてをカバーすることに意味はありません。

挑戦

では、なぜ私たちは家やオフィスで3Dプリンターをいじってみませんか？ 請求書、シート、電子メールを印刷するのと同じ方法でオブジェクトを印刷できないのはなぜですか？ 3D印刷はすぐに主流になることはなく、最初に対処する必要のあるいくつかの課題と問題があります。

• 非常に高価なハードウェア
• 限られたユーザーベース（従来のプリンターと比較して）
• 未熟な技術
• スピード
• 価格/パフォーマンス、ROI
• ランニングコスト
• エネルギー効率

新世代ごとに、エントリーレベルの3Dプリンターは少し安くなりますが、それでもほとんどの潜在的なユーザーにとっては高すぎます。 自宅やオフィス用に200ドルのプリンターを購入するのは、おそらくそれを頻繁に使用することになるでしょうが、3Dプリンターには必ずしも同じことが当てはまるとは限りません。 ドキュメントを印刷する必要があるのは何人ですか、3Dオブジェクトを印刷する必要があるのは何人ですか？

テクノロジーは進歩していますが、深刻な制限が残っています。 3Dプリンターはまだ低速で、あらゆる種類の悪条件に敏感であり、その「プリントベッド」は小さい傾向があり（特に安価なモデルでは）、材料の選択が制限され、フィラメントが高価になる可能性があります。

企業が3Dプリンターを購入するために並んでいない理由は単純です：ROI。 3Dプリンターは、速度、コスト、エネルギー効率の点で、従来の製造方法にまだ近づくことができません。 これは、業界が将来3D印刷に移行しないという意味ではありません。 すでにいくつかの先駆的な開発が見られますが、3Dプリンターは、従来の製造技術をすぐに時代遅れにすることはありません。

それでも、いくつかの注目すべき例外があります。 数年前、ゼネラル・エレクトリックは、次世代のCFM LEAPターボファンエンジン用の新しい燃料噴射ノズルの設計と製造に着手しました。これは、最終的には数百の旅客機に搭載されることになります。 GEは最終的に3Dプリントされたチタンノズルに落ち着きました。 理由？ 新しい3D印刷されたノズルは、以前の設計より25％軽量になり、古いノズルの18個ではなく単一の部品で構成されていました。 耐久性は5倍向上すると予想されます。 これらのノズルは、2016年以降に製造されるエンジンで使用されます。 GEは、10年の終わりまでに100,000を超える3Dプリント部品を生産することを望んでいます。

GEエンジニアのチームは、「金属レーザー溶融」と呼ばれる新しい粒状印刷技術を使用して、会社のエンジンの1つの実用的なレプリカを作成することを決定しました。

簡単に言えば、いいえ、すぐに2ドルで3D印刷されたおもちゃを購入することはありませんが、3D印​​刷によって可能になった、より効率的で信頼性の高いエンジンを搭載した旅客機で飛行します。 少なくともまだ、地元のモールには3D印刷されたチョコレートはありませんが、歯科医は、3D印刷された補綴物を入手した直後に、とにかくチョコレートを食べるのはおそらく良い考えではないと言います。

別の方法があります：3D印刷フルフィルメントサービス

したがって、製品については素晴らしいアイデアがありますが、最初に小さな一連のプロトタイプが必要です。 誰に電話しますか？ たくさんの3Dプリンターを購入しますか？ それとも、完成したモデルを数日で発送するフルフィルメントサービスにデザインを送信するだけですか？

3D印刷フルフィルメントサービスは手間のかからない選択のようであり、それが業界の方向性のようです。 多くの3D印刷会社が同様のサービスを開始し、他の業界リーダーと協力しています。 この共生関係の一例は、最近Adobeと提携し、Photoshop CC統合を可能にして、プロのデザイナーにカラー3D印刷を提供するStratasysDirectExpressです。

GoogleとMotorolaは、Araモジュラースマートフォンのコンセプトを発表したとき、独自の3D印刷設備に数十億ドルを投資しませんでした。 彼らはモジュール製造を3DSystemsにアウトソーシングしました。 この例は、積層造形の潜在的な柔軟性も強調しています。Araは、3Dプリントが可能なさまざまな標準化されたモジュールで満たされた合金外骨格に基づいています。 モジュールは外骨格に接続する必要があるため、3D Systemsは、従来の3Dプリンターのプロトタイピングとはかけ離れた、印刷されたコンポーネント内に導電性材料を堆積させる新しい技術を開発しました。

3Dフルフィルメントサービスは通常、いくつかの異なる印刷技術、最先端のハードウェアおよびサポートを提供します。 デザインを専門家に送って、さまざまな専門家のプリンターのいずれかを使用できるのに、なぜわざわざ2,000ドルのプリンターを手に入れるのでしょうか。その中には、自宅よりも高額なものもあります。 そして、規模の経済を忘れないでください。 大きなサービスは、社内印刷と比較して優れた価格/性能比を提供でき、提供する必要があります。

私の意見では、これが進むべき道です。 この単純なビジネスモデルには多くのメリットがあり、個人や中小企業が平等な競争の場でどのように競争できるかを理解するのは困難です。 価格、サイズ、エネルギー消費の点で、プロの3Dプリンターは、LaserJetよりも印刷機との共通点が多く、自宅やオフィスに印刷機が必要な人は何人いますか？

（私のペットのおしっこの1つは名前そのものです。会話の中で「プリンター」と言うとき、ほとんどの人は自宅のインクジェットプリンター、またはオフィスプリンターを思い浮かべます。3Dプリンターはプリンターであるのは事実ですが、従来のプリンターと共通しており、素人にはこの区別が失われることがよくあります。単にそれらを添加剤製造機と呼んでいれば、これは問題にはなりません。）

デザイナーと開発者のための3Dプリント

これは、平均的なビジュアルデザイナーやソフトウェアエンジニアにとって何を意味するのでしょうか。 3D印刷は、私たちのビジネスのやり方を変えるでしょうか？ ラピッドプロトタイピングや安価な小規模製造も可能になりますか？ 3Dプリントされたバリラパスタをランチに調理するのはいつですか。

いくつかの観点から見ることができるので、簡単な答えはないのではないかと思います。 それはすべてあなたの個人的な親和性と目標に依存します。

デザイナーと開発者が3Dプリントに関与する方法はいくつかあります。

• オープンソースイニシアチブへの参加（RepRap）
• プロのデザインツールの使用（Adobe CC）
• 印刷機能のアプリケーションへの統合（AutodeskのSpark 3D印刷プラットフォーム）
• 3Dプリントフルフィルメントサービスの使用
• 3Dプリントフルフィルメントサービスの統合

ほとんどのオープンソースイニシアチブは、個人の趣味のユーザーを対象としています。 それらは教育にも価値があり、多くの革新を促進することができます。 欠点は、このニッチで稼ぐべきお金があまりないということです。 それは主に愛の労働です。 良いニュースは、バーがかなり低く設定されていることです。 エントリーレベルのプリンターと大量のプラスチックフィラメントを500ドル未満で手に入れることができます。 あなたは良いスマートフォンの価格で安くて比較的良い3Dプリンターを手に入れることができます。

3Dデザインと印刷機能の統合は、長期的にはより有利になる可能性があります。 3D印刷は、主要なソフトウェアパッケージからすでにアクセス可能であるため、設計者は3D印刷を試す必要はありません。 遅かれ早かれ、クライアントは3D印刷されたプロトタイプや小規模な制作について質問し始めるので、ニッチによっては、少し調査することをお勧めします。

私たちは部屋に象を残しました：3D印刷フルフィルメントサービス。

クラウドを介した3D印刷のアウトソーシング

一見すると、フルフィルメントサービスがすべての答えのようです。 彼らは、レーザー焼結やステレオリソグラフィーなどの特定の印刷技術を購入する余裕がなかった個人、新興企業、中小企業の手の届くところに専門的なサービスを提供します。 これらは、主にクラウドベースのモバイルアプリやウェブアプリを介して、3Dプリントをさまざまなサービスに統合するための実質的に唯一の実行可能な方法です。

では、欠点は何ですか？ 多くはありません。

産業規模のフルフィルメントサービスは、比較的新しい概念です。 ただし、可用性はまだ制限されています。 確かに、カリフォルニアで数十個のチタンのプロトタイプを印刷する必要がある場合は問題ありませんが、ボツワナやバーレーンでまったく同じことを行う必要がある場合はどうでしょうか。 製造されたデザインは世界中に出荷する必要があるため、より高価になります。 現場での製造は良さそうに聞こえますが、法外な費用がかかる可能性があります

もちろん、現場での製造には多くのメリットがあります。 企業が設計を迅速に反復および修正する必要がある場合、3Dプリンターのラピッドプロトタイピングの速度と利便性は、印刷サービスに匹敵するものではありません。 これは比較的タイトなニッチですが、決して小さいものではありません。 デザインスタジオ、建築家、エンジニア、さまざまなメンテナンス部門、ロジスティクス、教育。 それらはすべてオンサイトプリンターを必要とします。 また、国際宇宙ステーションで印刷された交換部品が必要な場合は、Amazonに正確に電話することはできません。 別の注意点として、宇宙での3D印刷は、アポロ13号の乗組員の功績をあまり印象的に見せなかったでしょう。 NASAがすでに宇宙でそれらを実験しているのも不思議ではありません。

3Dプリンターは、交換部品やパッシブコンポーネント以外の印刷にも使用できることに注意してください。 また、スピーカーからプリント回路基板（PCB）に至るまで、動作する電気部品の印刷にも使用できます。 従来の方法は時間がかかり、費用がかかるため、PCBプロトタイピングは優れたニッチです。 導電性フィラメントのスプールを備えた3Dプリンターは、通常、現場で、時間どおりに、予算内でトリックを実行できます。

それでも、マスマーケットアプリケーションに関する限り、このスペースは、Amazon、Stratasys、3D Systems、そしておそらくHewlett-Packardなどの大手企業によって支配される可能性があります。 業界が成熟するにつれて、世界中での可用性は問題にならなくなり、価格は下がり、新しいハードウェアは新しい機会と優れた品質を提供します。

私の意見では、業界が現在直面している最大の問題は、ユースケースの欠如です。 確かに、それは便利に聞こえますが、それは誰のためですか？ 3Dプリント製品を主流の消費者の手に渡すにはどうすればよいですか？

近年、積層造形が誇大宣伝されているため、この質問は見た目ほど単純ではありません。 3D印刷のユースケースをグーグルで試してみると、私が何を意味するのかがわかります。3D印刷は私たちのすべての問題に対する答えのようですが、実際には、長期的な予測に基づくと、ほとんどが誇大広告です。

そこで、偏りのない情報源である英国の知的財産庁からの調査を含めることにしました。 「産業部門における3D印刷の現状と影響：6つのケーススタディの分析」というタイトルの論文は広範囲にわたり、自動車、家庭用電化製品、交換部品、カスタマイズされた商品、リバースエンジニアリングなどのいくつかの産業に対する積層造形の潜在的な影響を検証しています。 、ゲームおよびコンピューターで生成されたグラフィック。

カスタマイズされた商品とCGIから派生したデザインは、フリーランサーの最も現実的なユースケースとして際立っているので、詳しく見てみましょう。

パーソナライズされた製造

従来の製造方法に対する積層造形の最大の利点の1つは、1回限りの設計または小さなシリーズを製造できることです。 従来の製造を使用してプラスチックのおもちゃを作成するのにどのくらい時間がかかりますか？ たくさんの機器やキャストダイなどが必要になります。 3D印刷では、ワイヤーフレームを選択してクリックするだけです。 これは、さまざまな顧客のニーズに合わせて調整された独自のデザインを作成できることを意味します。

アディティブマニュファクチャリングにより、平均的な消費者は購入前にさまざまな製品を設計およびカスタマイズできます。 これは、プロのデスクトップアプリケーション、またはWebアプリやモバイルアプリを使用して実行できます。 平均的な消費者がゼロからアイテムをデザインすることを誰も期待していませんが、子供でさえ、簡素化されたモバイルアプリを使用しておもちゃをカスタマイズすることができます。

このようなプラットフォームには、3Dワイヤーフレーム自体に加えて、さまざまな色やデカールのオプションを含める必要があります。 さらに、モジュラーデザインを作成できるはずなので、子供がおもちゃの車や人形をカスタマイズする場合は、製品を作るために組み立てられる、互換性のあるさまざまなコンポーネントから選択できます。

はい、アプリやゲームで仮想環境をカスタマイズする代わりに、今日生まれた子供たちは、実際のおもちゃをパーソナライズしたり、ビデオゲームのキャラクターをアクションフィギュアに変えたりすることができます。 それはあなたが数十年後に生まれたことをあなたにちょっと思わせますね？

マスマーケットにアピールする、パーソナライズされた3D印刷のユースケースをいくつか紹介します。

• おもちゃ
• カスタムジュエリー
• DIYとホビーの製品
• ファッションとガジェットのアクセサリー
• パーソナライズされた電化製品と家庭用品

ただし、製品を好みに合わせてパーソナライズする必要はありません。 テーラードスーツのように、体格にぴったり合うように作ることもできます。 これらの製品は、パーソナライズされたおもちゃのマスマーケットの魅力を持っていない可能性がありますが、それはそれらをそれほどエキサイティングなものにしません。 実際、カスタマイズされたブローチや人形よりもずっと面白いと思います。

ここにいくつかの例があります：

• デジタル歯科
• 手術（トレーニング用のモックアップ、3Dプリントされた人工関節）
• 高度な義肢
• さまざまな職業に合わせた機器とアパレル
• スポーツ用品および付属品

確かに、これらのアプリケーションは、私が前述したものとほぼ同じ感情的な魅力を持っていませんが、物事の大きなスキームでは、特に医療アプリケーションを検討する場合、それらは同じように儲かって重要になる可能性があります。

3Dプリントの意味と将来

それで、収益は何ですか？ 3D印刷は産業環境を変えるでしょうか？ それは本当に次の産業革命ですか？

3D印刷、または積層造形は、非常に有望ですが、未成熟な技術です。 それは明らかに多くの可能性を秘めていますが、業界が大きく成長しているにもかかわらず、私たちはまだそれを実現するのにほど遠いです。

実際、3D印刷サービス、ハードウェア、および材料の市場は、何年にもわたって健全な2桁の速度で成長しています。 ほとんどのアナリストは、市場が10年の終わりまでに倍増し、100億ドルを超えると予想しています。 それは多額のお金のように聞こえるかもしれませんが、見通しを立てましょう。同じアナリストは、2015年のスマートフォンの年間出荷台数が13〜14億台になると予想しています。

誇大宣伝を振り返ると、3D印刷は、少なくともこの初期段階では、魅力が限られたテクノロジーです。 ただし、新しいユースケースに支えられて、当面は成長と発展が見られます。 これらのユースケースとビジネスモデルの多くは、3Dプリントフルフィルメントサービスに基づいています。 サードパーティのインフラストラクチャを比較的簡単に使用できるようになるため、これは中小企業や個人にとって朗報です。 何十台ものプリンターを購入する必要はありません。プラットフォームにいくつかのAPIを統合するだけで、それだけです。

短期的には、これは少なくともマスマーケットの観点からは3Dプリントの未来です。