北米の 3D プリンティング市場 - コンポーネント別 (ハードウェア、ソフトウェア、サービス)、プリンタータイプ別 (デスクトップ 3D プリンター、産業用プリンター)、テクノロジー別 (ステレオリソグラフィー、熱溶解積層法、選択的レーザー焼結法、電子ビーム溶融法、積層造形物製造法、その他)、プロセス別 (粉末床溶融結合法、バット重合法/液体ベース法、材料押し出し法、バインダー噴射法、材料噴射法、その他)、業種別 (自動車、家庭用電化製品、医療、航空宇宙および防衛、教育、その他)、国別、競合、予測および機会、2019 年～ 2029 年 (予測)

市場概要

北米

北米の 3D プリント市場は、技術の進歩、業界全体での採用の増加、研究開発への投資の増加により、大幅な成長を遂げています。ハードウェア、ソフトウェア、サービス、材料などのさまざまなコンポーネントを網羅するこの市場は、主に自動車、航空宇宙、ヘルスケア、製造などの業界によってサポートされています。カスタマイズされた製品に対する継続的な需要とオンデマンド生産への移行は、この地域での 3D プリントの拡大を推進する主な要因です。

自動車および航空宇宙部門では、3D プリントにより設計の柔軟性が向上し、複雑で軽量な部品をより正確に製造できるようになります。この機能は、車両全体の重量を軽減し、燃費と性能を向上させるために特に重要です。ヘルスケア業界では、患者固有の医療インプラント、義肢、さらにはバイオプリントされた臓器の製造に 3D プリンティングがますます利用されており、治療の提供方法に革命をもたらしています。テクノロジーの進化に伴い、パーソナライズされたヘルスケア ソリューションの可能性は拡大し続けており、北米の 3D プリンティング市場の拡大に貢献しています。

市場の成長に影響を与える主要なトレンドの 1 つは、プロトタイピングから本格的な生産への移行です。従来、3D プリンティングは詳細なモデルを迅速かつコスト効率よく作成できるため、主にプロトタイピングに使用されていました。しかし、特に金属およびポリマーベースの 3D プリンターのテクノロジーが進歩するにつれて、最終用途の生産への動きが顕著になり、3D プリンティングは大量生産の実行可能なオプションになっています。この移行は、企業が迅速な製品反復と市場投入までの時間の短縮のためにテクノロジーを活用している家電製品などの業界で特に顕著です。

さらに、政府のイニシアチブと資金提供は、北米の 3D プリンティング エコシステムをサポートする上で重要な役割を果たしています。 3D プリントの専門知識に対する高まる需要に応えるため、さまざまなプログラムがイノベーションの促進、製造能力の強化、熟練労働者の育成の支援を目的としています。さらに、業界関係者、学術機関、研究機関の連携により、新素材や高度な印刷技術の開発が促進されています。

主要な市場推進要因

3D プリントの技術進歩

北米の 3D プリント市場は、主に継続的な技術進歩によって推進されています。マルチマテリアル プリント、ハイブリッド製造、速度、精度、スケーラビリティの向上などのイノベーションにより、3D プリントの機能が拡大しています。たとえば、当初はコストと信頼性に関する課題に直面していた金属 3D プリントは、近年大きな進歩を遂げています。直接金属レーザー焼結 (DMLS) や電子ビーム溶融 (EBM) などの技術は、現在、航空宇宙、自動車、ヘルスケアなどの業界で広く採用されています。さらに、AI と機械学習を 3D プリント プロセスに統合することで、生産効率と材料の最適化が向上しています。これらの開発により、設計の柔軟性が向上し、生産時間が短縮され、コスト効率の高い製造が可能になります。これらは、最終用途の生産に 3D プリントを採用する上で重要です。テクノロジーが進化し続けるにつれて、北米での 3D プリントの用途の範囲が拡大し、市場の成長を促進することが期待されています。

カスタマイズされた製品の需要の高まり

さまざまな業界でのパーソナライズされたカスタマイズされた製品の需要の高まりは、北米の 3D プリント市場の主な推進力です。ヘルスケア、自動車、消費財などの業界では、特定の顧客のニーズに合わせたカスタマイズされた製品を生産する 3D プリントの機能を活用しています。たとえば、ヘルスケア分野では、患者固有の医療機器、インプラント、義肢を作成するために 3D プリントが使用されています。このカスタマイズにより、フィット感と機能性が向上し、患者の転帰が改善されます。同様に、消費財分野では、3D プリントによりカスタマイズされたジュエリー、履物、ファッション アクセサリーを生産できます。自動車業界でも、特定の車両モデルに合わせて設計されたカスタマイズされた部品やコンポーネントに 3D プリントを採用しています。大量カスタマイズへの傾向が高まることで、3D プリント技術の採用が促進されると予想されています。従来の製造方法は、多くの場合、個別生産に対応するには柔軟性が低すぎたり、コストがかかりすぎたりするためです。

航空宇宙および防衛産業における採用の拡大

北米の航空宇宙および防衛産業は、3D プリント技術の重要な採用者です。複雑な形状の軽量で耐久性のある部品を製造できるため、3D プリントはこれらのセクターにとって特に魅力的です。航空宇宙では、軽量化は燃料効率と運用コストに直接影響するため、重要な要素です。3D プリントを使用することで、メーカーは強度と軽量性を兼ね備えた複雑な構造を作成できます。これは、従来の製造方法では実現が難しいことです。さらに、防衛産業は、3D プリントが提供する柔軟性とスピードの恩恵を受けており、迅速なプロトタイピングと、オンデマンドでのミッションクリティカルな部品の製造が可能です。これは、サプライ チェーンが混乱し、すぐに部品を交換する必要があるシナリオでは特に重要です。運用効率の向上への重点が高まり、材料科学における継続的なイノベーションと相まって、これらの分野で 3D プリントの採用がさらに進み、北米の市場成長が促進されると予想されます。

政府の取り組みと資金援助

政府の取り組みと資金援助は、北米の 3D プリント市場の推進に重要な役割を果たしています。連邦政府と州政府は、国内の製造能力を強化し、技術的リーダーシップを維持するための幅広い取り組みの一環として、3D プリントを含む高度な製造技術の採用を積極的に推進しています。National Network for Manufacturing Innovation (NNMI) や America Makes などのプログラムは、資金、インフラストラクチャ、トレーニングを提供することで、3D プリント技術の開発と展開を加速することに重点を置いています。さらに、政府機関は学術機関や民間企業と提携して、イノベーションを促進し、熟練した労働力を育成しています。中小企業 (SME) への助成金や補助金も提供され、3D プリント技術の採用を奨励しています。これらの取り組みは、企業の参入障壁を下げるだけでなく、研究開発の取り組みを刺激し、新しいアプリケーションやより広範な市場での採用につながります。

主要な市場の課題

初期投資コストが高い

北米の 3D プリント市場が直面している最も重要な課題の 1 つは、この技術の採用に必要な初期投資が高いことです。3D プリントは、材料の無駄の削減や生産サイクルの高速化など、長期的なコストメリットが高く評価されることが多いですが、高度な 3D プリンター、ソフトウェア、熟練した労働力の取得に関連する初期コストは、多くの企業にとって法外な金額になる可能性があります。高品質で複雑な部品を製造できる工業グレードの 3D プリンターは、多くの場合、数万から数十万ドルに及ぶ高額です。さらに、企業は、設計と製造を容易にする専用のソフトウェア、および継続的なメンテナンスとアップグレードに投資する必要があります。これらの高コストは、特に中小企業にとって参入障壁となり、北米での 3D プリントの広範な採用を制限しています。多くの企業にとって、特に従来の製造方法が確立され、効率性がすでに最適化されている業界では、投資収益率 (ROI) がすぐにはわかりません。その結果、企業は、金銭的利益の具体的な証拠がなければ、従来の製造方法から 3D プリントへの移行をためらう可能性があります。

従来の製造との統合の複雑さ

北米の 3D プリント市場におけるもう 1 つの課題は、積層造形プロセスを従来の製造ワークフローに統合することの難しさです。十分に理解され、プロトコルが確立されている従来の製造方法とは異なり、3D プリントには異なる一連のスキル、ツール、アプローチが必要です。射出成形、CNC 加工、鋳造による大量生産に慣れている企業にとって、3D プリントの統合にはいくつかのハードルがあります。異なる生産バッチ間で一貫した品質を維持すること、大量生産の拡張性を確保すること、既存のサプライ チェーンや生産スケジュールに合わせることなどの問題は、困難な場合があります。さらに、3D プリントのデジタルな性質により、設計、エンジニアリング、および生産チーム間のより緊密な連携が必要になり、多くの場合、新しいトレーニングやワークフロー管理の変更が必要になります。これらの複雑さにより、企業は 3D プリントの利点と、既存のプロセスにもたらされる可能性のある混乱を比較検討するため、導入率が遅くなる可能性があります。さらに、航空宇宙や医療機器製造など、精度と信頼性が最も重要である分野では、3D プリント部品の標準化と認証プロトコルが不足しているため、統合の課題がさらに増える可能性があります。新しい品質管理システムの開発と規制当局の承認を得る必要があるため、3D プリントの本格的な導入が遅れる可能性があります。

知的財産 (IP) に関する懸念

知的財産 (IP) 保護の問題は、北米の 3D プリント市場にとって大きな課題です。生産にデジタル ファイルに大きく依存する 3D プリント技術の性質上、不正な複製や配布に対して脆弱です。技術が進歩し、よりアクセスしやすくなるにつれて、IP 盗難に対する懸念が高まっています。新製品の研究開発に多額の投資をしている企業は、デザインが同意なくコピーされ、共有されるリスクがあり、金銭的損失につながる可能性があります。これは、デザインの独自性が重要な競争上の優位性となる消費財、自動車、ファッションなどの業界では特に懸念されます。デジタル ファイルはオンラインで簡単に複製、変更、配布できるため、IP 侵害の可能性が高まります。現在の法的枠組みは、3D プリント技術の急速な進化に追いつくのに苦労しており、IP 違反が発生した場合の企業の救済手段は限られています。この課題は、3D プリントのグローバルな性質によってさらに複雑になっています。ある国で設計された製品は別の国で簡単に複製できるため、異なる管轄区域での施行が複雑になります。その結果、一部の企業は、貴重なデザインが危険にさらされるのではないかと恐れ、3D プリントの全面的な導入をためらう可能性があります。これらの懸念に対処するには、安全なファイル共有システムや透かしなどの技術の進歩だけでなく、デジタル製造の微妙な違いに適応できる強力な法的保護と国際協定も必要になります。

材料の制限と高コスト

北米の 3D プリント市場は、特に入手可能性、性能、コストの面で、材料関連の大きな課題に直面しています。高強度ポリマー、金属、生体適合性物質など、3D プリント用の新しい材料の開発は目覚ましい進歩を遂げていますが、広く見られ、さまざまな用途に適した材料の範囲は依然として限られています。多くの業界にとって、材料の性能は重要な要素です。特に航空宇宙、自動車、ヘルスケアなどの分野では、耐久性、安全性、業界標準への準拠が譲れません。これらの厳しい要件を満たすことができる特殊な材料の開発には、多くの場合、時間がかかり、費用もかかるため、採用が制限されます。さらに、これらの高度な材料の高コストは、3D プリントを使用した大規模生産を検討している企業にとって障害となる可能性があります。原材料の調達に関して規模の経済の恩恵を受ける従来の製造方法とは異なり、3D プリントでは、特に小ロット生産の場合、材料の単位当たりコストが高くなることがよくあります。この課題は、利益率の低い企業にとって特に深刻です。生産プロセスの他の領域で実現したコスト削減が、高品質の印刷材料の取得費用によって相殺される可能性があるためです。その結果、3D プリントに使用される材料の選択が制限要因となることが多く、製造可能な製品の種類や、この技術から最も恩恵を受けることができる業界に影響を与えます。

規制と認証の障壁

規制と認証の問題は、北米の 3D プリント市場にとってもう 1 つの課題です。3D プリントが試作から本格的な生産へと移行するにつれて、特に航空宇宙、ヘルスケア、防衛などの規制の厳しい業界では、安全性、品質、パフォーマンスの基準への準拠を確保することが重要になります。3D プリント製品の認証経路が確立されていないと、メーカーにとって不確実性が生じ、この技術の採用が遅れる可能性があります。たとえば、医療分野では、3D プリントされたインプラント、義肢、その他のデバイスの規制承認を得るには、製品が必要なすべての安全基準を満たしていることを示す厳格なテストを含む、長くて複雑なプロセスが必要になる場合があります。同様に、航空宇宙分野では、3D プリント部品は厳格な業界認証に準拠する必要があり、多くの場合、広範な文書化、テスト、検証が必要です。積層造形に関する統一基準や明確な規制ガイドラインがないため、新製品ごとにケースバイケースの評価が必要になり、市場投入までの時間と全体的なコストが増加します。さらに、新しい材料や技術が導入されると、3D プリント製品の独自の特性を考慮して既存の規制を更新する必要がある場合もあります。この規制の複雑さは、企業に運用上の課題をもたらすだけでなく、法的およびコンプライアンス上のリスクももたらします。これらの障壁を克服するには、業界の利害関係者、規制当局、標準化団体間の連携を強化し、3D プリントを安全かつ効率的に主流の生産に統合するためのフレームワークを開発する必要があります。

主要な市場動向

金属 3D プリントの成長

北米における金属 3D プリントの成長は、市場における最も重要なトレンドの 1 つです。積層造形としても知られる金属 3D プリントは、航空宇宙、自動車、医療機器などの業界でますます採用されています。軽量で耐久性があり複雑な金属部品の需要がこのトレンドを推進しています。たとえば航空宇宙では、金属 3D プリントにより、従来の製造方法では実現が困難または不可能な複雑な形状の部品を製造できます。これにより、部品の重量が軽減されるだけでなく、燃料効率と性能も向上します。これは、わずかな改善でも大幅なコスト削減につながる業界では非常に重要です。自動車業界では、カスタム部品や高性能部品を迅速かつコスト効率よく製造できることが、金属 3D プリント採用のもう一つの原動力となっています。さらに、医療業界では、金属 3D プリントによって患者固有のインプラントや補綴物の作成が可能になり、治療結果と患者満足度が向上しています。印刷速度、材料の多様性、品質管理の改善など、金属 3D プリント技術の進歩が続く中、市場は持続的な成長が見込まれています。さらに、金属 3D プリンターと材料のコストが低下しているため、この技術は中小企業にとってより利用しやすくなり、市場範囲がさらに拡大しています。この傾向は、金属粉末の特性と 3D プリント システムの能力の向上を目的とした研究開発の取り組みの増加によっても支えられています。全体的に、金属 3D プリントの成長は、北米の複数の業界で製造プロセスに革命をもたらし、イノベーションと効率化の新たな機会を提供する態勢が整っています。

オンデマンド生産の台頭

オンデマンド生産の台頭は、北米の 3D プリント市場における変革的なトレンドであり、従来の製造およびサプライ チェーン モデルを再形成しています。オンデマンド生産とは、事前に製造されたアイテムの大量の在庫に頼るのではなく、必要に応じて商品を生産する能力を指します。このトレンドは、カスタマイズと迅速な納期が非常に重視される、家電、自動車、ヘルスケアなどの業界で特に影響力があります。3D プリント技術が提供する柔軟性により、企業は個々の顧客の仕様に合わせて高度にカスタマイズされた製品を生産できます。これは、3D プリントを使用して患者固有の医療機器、義肢、さらには手術器具を作成しているヘルスケア部門で特に有益です。これらのアイテムをオンデマンドで生産する能力により、廃棄物が削減され、在庫コストが削減され、必要なときに正確に製品が見つかるようになります。自動車業界や家電業界では、オンデマンド生産によりラピッドプロトタイピングと反復設計プロセスが可能になり、企業は新製品をより迅速かつ機敏に市場に投入できます。この傾向は、大量生産の必要性とそれに伴う材料の無駄やエネルギー消費を減らすため、持続可能性の取り組みにも役立ちます。さらに、オンデマンド生産は、使用場所の近くで製品を生産するローカライズ製造の成長を促進し、輸送コストと炭素排出量を削減します。3D 印刷技術は、特に印刷速度、材料機能、自動化の面で進歩し続けているため、オンデマンド生産の増加が加速すると予想され、製造プロセスを最適化し、変化する市場の需要に効果的に対応したいと考えている北米の企業に大きな利点を提供します。

3D 印刷における AI と機械学習の統合

3D 印刷プロセスへの人工知能 (AI) と機械学習 (ML) の統合は、北米で技術の機能と効率を高めることになる成長傾向です。 AI と ML は、設計や材料の選択からリアルタイムのプロセス監視や品質管理まで、3D 印刷のさまざまな側面を最適化するためにますます活用されています。AI を 3D 印刷に統合する主な利点の 1 つは、設計プロセスを自動化できることです。AI 駆動の設計ソフトウェアは、材料の使用を最小限に抑えながら、印刷物の強度とパフォーマンスを最大化する最適化された形状を生成できます。これは、軽量化が重要な要素である航空宇宙や自動車などの業界で特に価値があります。さらに、AI を使用すると、反りや層の接着の問題など、印刷プロセスで発生する可能性のある問題を予測して軽減できるため、最終製品の品質と信頼性が向上します。一方、機械学習アルゴリズムは、印刷プロセス中に生成される大規模なデータセットを分析して、効率と一貫性を向上させるために使用できるパターンと相関関係を特定できます。たとえば、ML はさまざまな材料とデザインの印刷設定を最適化するのに役立ち、印刷時間を短縮し、材料の無駄を減らすことができます。さらに、AI と ML を 3D 印刷に統合することで、人間の介入が少ない、より高度で自律的な印刷システムの開発が可能になります。これらのシステムは、センサーやカメラからのフィードバックに基づいてリアルタイムで自動調整できるため、最適な印刷品質を確保できます。AI および ML テクノロジが進化し続ける中、3D 印刷への統合により、速度、精度、全体的な生産性が大幅に向上し、北米の業界にとってこのテクノロジがさらに魅力的になると予想されています。

ヘルスケアにおける 3D 印刷の拡大

ヘルスケアにおける 3D 印刷の拡大は、高度にカスタマイズされた患者固有の医療機器、インプラント、さらには生物組織を製造できるテクノロジによって推進されている北米市場の主要なトレンドです。ヘルスケア部門では、手術計画用の解剖モデルの作成からカスタム義肢や装具の製造まで、幅広い用途で 3D 印刷を採用するケースが増えています。最も有望な成長分野の 1 つは、生きた細胞を層ごとに印刷して組織や臓器を作成するバイオプリンティングの分野です。まだ初期段階ではありますが、バイオプリンティングは、不足することが多いドナー臓器の代替品を提供することで、臓器移植に革命を起こす可能性を秘めています。一方、3D プリントは、患者の解剖学的構造に正確に適合する頭蓋プレート、歯科インプラント、関節置換などの患者固有のインプラントの製造を可能にすることで、すでに大きな影響を及ぼしています。このカスタマイズにより、これらのインプラントのフィット感、機能、全体的な成功率が向上し、患者の転帰が向上します。さらに、3D プリントは、個々の患者の解剖学的構造に合わせて特別に設計されたパーソナライズされた手術器具の製造にも使用されており、手術の精度と侵襲性が低くなっています。これらのカスタマイズされたデバイスを迅速に製造できるため、リードタイムとコストも削減され、高度な医療がより利用しやすくなります。さらに、3D プリントは、カスタマイズされた錠剤や、制御された速度で薬剤を放出するインプラントなど、革新的な薬物送達システムの開発を促進しています。技術が進歩し続け、規制の枠組みが進化するにつれて、ヘルスケアにおける 3D プリンティングの拡大が加速し、北米でパーソナライズされた医療と患者ケアの改善に新たな可能性をもたらすことが期待されています。

セグメント別インサイト

テクノロジー インサイト

ステレオリソグラフィー セグメント

SLA が優位に立っている主な理由の 1 つは、ヘルスケア、自動車、航空宇宙、消費財などの業界で広く使用されていることです。ヘルスケアでは、高解像度と生体適合性があるため、SLA は医療機器、歯科インプラント、解剖モデルの製造に好まれています。この技術により、パーソナライズされた医療に不可欠な患者固有のソリューションを作成できます。さらに、歯科業界では、SLA の精度と滑らかな表面仕上げにより、クラウン、ブリッジ、歯列矯正器具の製造に最適です。

自動車および航空宇宙部門も、SLA の主導的地位に大きく貢献しています。これらの業界では、迅速なプロトタイピングと軽量で高性能な部品の製造が不可欠です。 SLA は、反復的な設計とテストのプロセスに必要な速度と精度を提供し、企業が製品の品質を維持しながら市場投入までの時間を短縮するのに役立ちます。 複雑なコンポーネントを細部まで精巧に製造できるため、SLA はこれらの分野にとって魅力的な選択肢となります。 SLA の優位性を推進するもう 1 つの要因は、材料科学の継続的な進歩です。 強化された機械的特性、耐熱性、透明性を備えたものなど、さまざまな樹脂が見つかり、SLA はさらに幅広い用途に適しています。 さらに、このテクノロジーの拡張性とコストの低下により、大企業だけでなく、3D プリントを活用したい中小企業 (SME) にもアクセス可能になります。

地域別インサイト

2023 年、北米の 3D プリント市場は米国が優位に立った

ヘルスケアでは、米国がパーソナライズされた医療機器、義肢、バイオプリンティング アプリケーションでの 3D プリントの採用をリードしています。この国の確立された医療制度と規制の枠組み、そして医療研究への高い投資により、米国は 3D プリントを臨床診療に統合するリーダーとしての地位を確立しています。さらに、米国はイノベーションと起業家精神を奨励する好ましいビジネス環境の恩恵を受けています。多額のベンチャー キャピタル資金と政府助成金が 3D プリントの新興企業と研究イニシアチブに向けられ、新技術の迅速な開発と商業化を可能にしています。この国の大学と研究機関の広範なネットワークも、学術と産業のコラボレーションを通じて 3D プリントを前進させる上で重要な役割を果たしています。さらに、カスタマイズされた製品に対する需要が高まっている大規模な消費者ベースが存在することで、家電製品やファッションなどの業界で 3D プリントの採用がさらに促進されています。こうした技術的リーダーシップ、業界での採用、サポートインフラの組み合わせにより、米国は 2023 年に北米 3D プリント市場で主導的な地位を占めることになります。

最近の動向

• 2024 年 1 月、MFG は、AMFG が 3D Marc と提携して当社の Instant Quote Portal を統合したことを発表しました。これは、AMFG の付加製造機能の拡張に向けた重要なステップです。2000 年から 3D プリントに深く関わってきた Marc は、この技術が製造中止になった製品を復活させる可能性を認識しました。長年にわたり、彼は設計と最適化された印刷技術に関する高度な専門知識を培い、AUTOCAD などのプラットフォームでのスキルを磨き、多様な製造ニーズに対応する高品質で精密なソリューションを提供してきました。
• 2024 年 6 月、3D 印刷ソフトウェアおよびサービスの大手プロバイダーである Materialise と、高品質の鉄鋼粉末を専門とする ArcelorMittal の一部門である ArcelorMittal Powders は、レーザー粉末床溶融結合 (LPBF) 技術と金属 3D 印刷プロセスを強化するための覚書 (MOU) を締結しました。この戦略的コラボレーションは、LPBF 機器のパフォーマンスを最適化し、金属積層造形ワークフローを合理化する革新的なソリューションの開発を目指しています。契約の一環として、アルセロール・ミッタルは、マテリアライズの3Dプリンター向け次世代ビルドプロセッサを活用し、金属部品製造の精度、効率、信頼性を向上させます。
• 2023年5月、富士コーポレーションは、積層エレクトロニクスの進歩を推進するために、JAMES GmbHとの戦略的パートナーシップを発表しました。富士コーポレーションは、樹脂基板印刷、回路印刷、部品実装を1つのプロセスに統合することで製造に革命を起こすように設計された革新的なエレクトロニクス3Dプリンター、FPM Trinityを発表しました。このオールインワンソリューションにより、電子機器の完全な3Dプリントが可能になり、生産が合理化され、効率が向上します。JAMESGmbH とのコラボレーションは、富士の最先端技術を活用して完全に統合された高性能な電子機器製造機能を提供することで、積層エレクトロニクスの採用を加速することを目的としています。

主要市場プレーヤー

• Stratasys Ltd
• 3DSystems Corporation
• EOSGmbH
• General Electric会社
• SismaSpA
• ExOneOperating、 LLC
• NikonSLM Solutions AG
• ProtoLabs, Inc.
• HP Inc.
• ナノディメンションLtd.
• MaterialiseNV
• voxeljetAG