ハイテク産業では、積層造形ソフトウェアコンポーネントの利用が拡大しています。市場調査会社のマーケッツアンドマーケッツ（M&M）によると、2017年の3Dプリンターの生産量と積層造形の出力は、金額にして35億ドルにまで成長しました。アディティブ・マニュファクチャリングを主に採用したのは、医療機器、航空宇宙、自動車産業でした。
これは驚くことではありません。アディティブ・マニュファクチャリングでは、複雑な形状をプリントするためのコストは、特に少量の場合、シンプルなデザインと同じです。
アディティブ・マニュファクチャリングの利点は、医療業界にも恩恵をもたらしています。アディティブ・マニュファクチャリングを活用することで、医療業界は歯科や整形外科用のカスタムメイドのインプラントを製造しています。アディティブ・マニュファクチャリングでは、サブトラクティブ・マニュファクチャリングで必要とされる金型製作やセットアップのコストがかからないため、医師がカスタムメイドのインプラントや補綴物を患者に提案する際にスケールメリットを気にする必要がありません。
さらに、アディティブマニュファクチャリングでは、人間の骨と結合するように設計された関節など、非常に複雑で、非常に繊細なデザインを製造することも可能です。このようなソリューションを実現するためには、3Dプリンターで骨組織が融合できるような微細なフラクタル格子構造を作り、インプラントと骨を強固に接続する必要があります。このような形状を作るには、他に方法がありません。
同様に、歯科インプラントや挿入物は、正確な適合を実現するために、驚くほどのカスタマイズと非常に複雑な設計が必要です。デンタルインプラントのプロセスにはかなりの精度があります。まず、口の中のX線写真を撮って、骨の状態を調べることから始まります。次に、外科医がインプラントのための穴を開ける必要があります。しかし、外科医は、インプラント（インプラント用のネジなど）があなたの歯の配置と完全に一致していることを保証しなければなりません。3Dプリントのおかげで、歯科医はカスタムメイドのインプラントを確保できるようになりました。これらのインプラントと関連するドリルガイドは、3Dプリント専用のコンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアでカスタム設計された後、高度に自動化されて製造されます。
脳外科手術では、患者のCTスキャンをもとに医師がカスタムフィクスチャを製作します。歯科や整形外科と同じように、患者の頭蓋骨に正確にフィットし、手術中に外科医の道具を誘導するインプラントを製作します。 この場合も、専用の3Dソフトウェアを使用して、これらの手術補助器具の設計を自動化します。
航空宇宙分野は、アディティブ・マニュファクチャリングの導入において先駆的な役割を果たしてきました。最近では、商業用ターボファンエンジンに3Dプリンターで作られた部品が搭載されました。
ゼネラル・エレクトリック（GE）社とサフラン・エアクラフト・エンジン社の合弁会社であるLEAPターボファン・エンジンには、3Dプリントされた燃料ノズルが搭載されています。米国連邦航空局は、2015年にこのノズルを民間航空機に搭載することを許可しました。この部品は、旧世代のエンジンに搭載されていた従来の部品に比べて重量が25％減るだけでなく、GEによると5倍の耐久性があるそうです。
LEAPエンジンを搭載した航空機の燃費とCO2排出量の削減に大きな効果をもたらすと同時に、3Dプリント部品は生産のサプライチェーンを効率化します。3Dプリントにより、GEは20種類の部品をたった1つのユニットで置き換えることができました。製造工程の簡略化だけでなく、ライフサイクルでのメンテナンスコストの削減にもつながります。
3D CADやCAE（コンピュータ支援エンジニアリング）ソフトウェアの使用は、航空宇宙産業の設計・開発に不可欠な要素です。GEはCAD/CAEを活用して、新しいノズルを開発するために必要なデザインスタディ、シミュレーション、分析を行い、試作段階に進む前にその実行可能性を評価しました。
これらの航空機を何十機も運用する航空会社にとって、特に20年以上にわたるコスト削減効果を想像してみてください。これらは積層造形の直接的なメリットであり、他のサブアセンブリやコンポーネントを扱うようになることで、メーカー、サプライヤー、消費者が他の多くの分野で利益を得られるようになることは想像に難くありません。
3Dプリンターは、コスト削減のための最適化だけでなく、非常に複雑な製造を可能にしています。熱交換器を考えてみましょう。これらの装置は、一方から高温の流体を、もう一方から低温の流体を流すために、大量のチューブやフィンなどの投入物を備えています。しかし、その組立工程では、冷却フィンを溶接して防水ボックスに挿入しなければなりません。手間と時間のかかる製造工程であり、失敗も許されません。
しかし、3Dプリンターを使えば、熱交換器を一度にまとめて作ることができます。1つのユニットを作るのに比較的長い時間がかかりますが、最終的な信頼性は格段に向上します。LEAPと同様に、性能の大幅な向上に加えて、組み立てに必要な部品数の削減も目的としています。
アディティブ・マニュファクチャリングに関わる技術は、能力が向上し、価格が低下しています。さらに、新しい積層造形の用途も常に発見されています。しかし、プロセス制御やプロセス予測にはまだ大きなハードルがあります。
プロセス制御の面では、積層造形法には、原材料から完成品への製造プロセスを管理する業界標準がありません。減算法を含む伝統的な製造業では、これらの規格の恩恵を受けています（例：機械加工プロセス中の金属的挙動、スタンピングや鍛造）。エンジニアが参照したり、参考にしたりできる業界標準の文献があります。
しかし、業界はまだ積層造形用の標準を構築していません。例えば、GEのような個々の航空宇宙企業は、積層造形への取り組みのために独自の管理体制を構築していますが、個々の3Dプリンティング・サプライヤーは、管理体制や業界標準を完全に欠いています。この問題を解決するには、標準化団体が共通のコンプライアンス認証を開発し、誰もが、特に小規模な製造業者が使用できるようにするのが最善です。
最後に、3Dプリンタを使用している人にとって、プロセスの予測可能性はまだ大きな課題です。パーツの向き、サポート材、プロセスパラメータの最適化には、かなりの試行錯誤が必要です。しかしこれは、3Dプリンターで使用されるソフトウェアツールの開発者にとっては、大きなチャンスでもあります。物理ベースのシミュレーションは、大きな前進となるでしょう。このシミュレーション要素と、3Dプリンタメーカーが提供するマシン固有のプロセス情報を組み合わせることで、メーカーはエラー率やスクラップ率を低減することができます。
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