産業界は、ステークホルダーと環境への影響を緩和するために取り組まなければなりません。
3Dプリンティングのような新技術は、積層造形産業をより持続可能にすることができます。
世界経済フォーラムの先進製造・生産イニシアチブは、インダストリー4.0と持続可能な製造の新たな世界を主導している企業を特定しています。
私たちのものづくりのあり方は変わりつつあります。しかし第4次産業革命は、3Dプリンティングのような新しい製造技術が企業や消費者にどのような利益をもたらすかだけにとどまりません。産業界がよりクリーンで持続可能な世界を切り開くことにもつながるのです。
気候変動の影響が避けられなくなる日が急速に近づいていることを否定するのは、愚かなことです。多くの経営者が直面している問いは、株主のための価値創造を継続しつつ、自然界への影響を緩和することが――そしてどのように――可能かどうかです。
これらの答えを見つけるため、世界経済フォーラムの先進製造・生産イニシアチブは過去1年間、データを活用したイノベーションの促進から、包摂的な技術の導入支援まで、さまざまな課題に取り組んできました。
世界の企業は、柔軟で自動化された製造エコシステムの恩恵をますます享受するようになるでしょう。その一部を可能にするのが、3Dプリンティングのような技術です。私の会社であるデスクトップ・メタルや、積層造形産業全体には、顧客がこれらの技術を活用して地域社会全体にプラスの影響を生み出せるよう支援する役割があります。
インダストリー4.0が、より持続可能な世界を製造できる4つの方法を紹介します。
1. 工具不要で、スクラップを出さない製造
工具は近代の産業時代を可能にする一助となったかもしれませんが、それを不要にすることで、製造過程による環境への影響を緩和するとともに、リードタイムの短縮、部品コストの低減、倉庫運用コストの削減など、多くの好ましい効果が生まれます。
工具が不要になれば、製造業者は部品や製品を世界中に運ぶ複雑なネットワークの一部を省くことができます。代わりに、高密度に充填できる金属粉末などの原材料だけを輸送すればよくなるため、はるかに効率的なサプライチェーンが実現します。
一方、部品はデジタルファイルとして国境を越えて送信され、必要な時と場所でのみダウンロードされて印刷されます。
粉末冶金ベースの積層プロセスは、原材料をほぼ100%利用でき、廃棄物やスクラップもほとんど出ないため、環境に優しく、非常に循環性の高い技術でもあります。
粉末冶金ベースの積層造形技術は、製造を消費者の近くに移すことで、長距離にわたる材料や部品の輸送による環境負荷を低減するだけでなく、世界中の小規模企業が大規模製造業者と競争し、地域市場向けにカスタマイズされた部品を生産できるようにすることで、競争条件を大きく均等化することもできます。
2. 組立の統合
積層造形のもう一つの利点は、組立の統合、すなわち複数の部品をより少数の多機能アセンブリにまとめることです。これも環境への影響を抑制します。
輸送すべき部品が減るため、輸送ネットワークをより効率的にでき、CO2排出量を大幅に削減できます。
多くの場合、複数の部品を統合することで、コストと重量の大幅な削減も実現します。一例として、Optisysのエンジニアは、Ka帯アンテナの部品を100点から1点へと削減することができました。Ka帯アンテナの部品を100点から1点へと削減することができました。
3Dプリンティングの幾何学的な柔軟性により、複雑で多機能な部品を作ることが可能になっていますが、生産用部品の製造に関しては、積層造形産業はまだ揺籃期にあります。
その理由の一部は、積層造形産業の歩みが、実は三つの異なる成長曲線に沿ったものだからです。最初の曲線は1990年代初頭に始まり、主に新しい積層技術の研究開発に焦点を当てていました。
現在、産業界は新しいSカーブの始まりに立っており、このカーブでは製造における3Dプリンティングの普及が進み、製品の作り方が永久に変わることになるでしょう。
今後数十年にわたり産業が進化を続けるなかで、やがて次の曲線に到達すると考えられます。そこでは、企業が複数の材料を用いて完成品を印刷するようになり、環境への影響がさらに低減されるでしょう。
3. ジェネレーティブデザイン
3Dプリンティングに伴う幾何学的な柔軟性は、人工知能を活用し、自然に着想を得た、まったく新しい種類の設計への扉も開きます。
ジェネレーティブデザインの新しいツールを用いると、エンジニアは部品が存在すべき場所、そこに作用する力、そして避けるべき領域を示します。残りはコンピューターの仕事です。
その結果、性能を犠牲にすることなく、従来の設計より最大50%軽量化された、完全に最適化された部品が得られます。
このような部品を実現することで、3Dプリンティングは使用する原材料を減らせます。自動車から航空機に至るまで、あらゆる軽量部品の製造に使用でき、結果として炭素排出量の削減につながります。
4. 循環型製造と新しいポリマー
3Dプリンティングで造形された金属部品は、ほぼ無限に再利用できるため、部品を何度も繰り返し再利用できる持続可能なループに製品を組み込む、循環型製造プロセスという考え方への扉を開き始めています。
ただし、金属だけが現代の製造で使われている材料ではありません。
プラスチック廃棄物を削減するため、多くの研究者が、ポリヒドロキシアルカノエート（PHA）などの先進的なポリマーの開発を進めています。これらは土壌、堆肥、海洋堆積物の中で分解されうるものです。これらははるかに環境に優しく、より循環型の経済に自然に適合します。
未来に向けたコミュニティの構築
しかし、これらの利点はいずれも単独で存在するものではなく、また気候変動の影響も、一社だけで元に戻せるものではありません。
先進製造・生産の未来を形づくるための世界経済フォーラム・プラットフォームは昨年、インダストリー4.0の応用分野をリードする「灯台」企業のネットワークを特定しました。
今後、私の会社をはじめとする各社は、このネットワーク全体の結びつきを強化し、ベストプラクティスを共有しながら、製造と生産の未来を実現し、できるだけ多くの人々にとって明るい未来となるよう取り組んでいきます。
