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SpirE-Journal 2014 Q2

3D Printing – Asia’s untapped potential

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<!–:en–><p><strong>3D Printing - Asia's untapped potential</strong></p>
<p><em>In what some have dubbed the Third Industrial Revolution, 3D printing is now allowing consumers to be masters of their own manufactured durable goods. But Asian countries will need to work a lot harder to avoid becoming laggards in this transformative new field.</em></p>
<p><a href=”3D Printing”><img title=”3D Printing” alt=”” src=”https://www.spireresearch.com/wp-content/uploads/2014/07/2014-Q2-3D-Printing_Exploring-the-Asian-market.jpg” width=”655″ /></a></p>
<p>What is 3D printing?</p>
<p>3D printing refers to the process of making a three-dimensional solid object of virtually any shape from a digital model using powder, molten plastic or metals.</p>
<p>It first slices a 3D computer model into layers, then builds the object one layer at a time using the 3D printer. The quality of the end-product is dependent on various factors, such as the base material, thinness of the layers, mechanics of the printer as well as the amount of preparation taken into consideration for the 3D computer model.</p>
<p>Also known as additive manufacturing, 3D printing seeks to distinguish itself from “subtractive manufacturing”. The latter involves the cutting down and pairing-off materials to attach them together in the end.</p>
<p>With a projected growth of 25 per cent to the year 2020, there has been a significant shift in 3-D printing from rapid prototyping to rapid manufacturing as the advantages outweigh traditional methods. The 3D printing market is expected to be valued at USD 8.41 billion by 2020.</p>
<p>What does 3D printing offer?</p>
<p>This technology only gained popularity in the 1990s when it was mainly used to create 3D models and prototypes in sectors such as engineering, architecture, and manufacturing. But 3D printing is now going mainstream as 3D printers are available for sale as a consumer product. Many schools are now buying 3D printers to make science classes more interesting.</p>
<p>Some other benefits only possible with 3D printing include:</p>
<p><strong> Improved structures and shapes </strong></p>
<p>Traditional manufacturing can only produce limited structures and shapes due to the conventional cutting and molding of materials. Moreover, if the molds are complicated and hollow, it would take more assembly time, as the structured pieces cannot be produced at one go like additive manufacturing.</p>
<p>Additive manufacturing, on the contrary, has completely broken through this technology limitation as it simply builds the object layer by layer. The consumers’ imagination is the only restriction to creating new structures and shapes.</p>
<p><strong> New combinations of materials </strong></p>
<p>Combining different raw materials is always regarded as costly and difficult for mass production using traditional manufacturing methods, due to their varying chemical and physical properties. However, with the constant innovation made by enthusiasts and experts, various diverse materials can be combined for 3D printing production. In other words, many solutions have emerged to use different materials with unique finishes in 3D printing; mimicking the look and feel of glass, ceramics or even metal.</p>
<p><strong> Reduced wastage </strong></p>
<p>Since additive manufacturing is about adding materials layer by layer to form the final product instead of carving the end-product out of larger parts, waste is minimized during the production process.</p>
<p><strong> Lowered manufacturing cost </strong></p>
<p>Manufacturing costs can be reduced by up to 70 per cent due to less wastage, assembly and labor input during 3D printing production.</p>
<p>Also, since final-tier channels or consumers are now capable of producing end-products on their own, more goods would be produced at or closer to their point of purchase or consumption. Thus, many intermediate processes can be eliminated.</p>
<p><strong> Reduced production lead-time </strong></p>
<p>Traditional manufacturing methods usually require at least two days – from creating prototypes to assembling the finished products. However, industrial 3D printing technology is able to create an object within a few hours. This is also known as on-demand manufacturing; the most efficient method for small quantity manufacturing.</p>
<p>Implications for the real world</p>
<p>As one of the most impactful technological breakthroughs in recent years, 3D printing is expected to change the manufacturing landscape as profoundly as how the MP3 player transformed the music landscape. 3D printing technology will profoundly impact the following industries:</p>
<p><strong> Manufacturing </strong></p>
<p>3D printing has paved the way for local production of products, which was previously deemed only possible in large centralized plants. A wide range of consumer products from electronic accessories like iPhone 5 covers to household items such as kids’ toys and shower heads can now be easily printed in the comfort of one’s home.</p>
<p>Now, people can design a prototype themselves using 3D modeling software, and have the item printed out in a few hours at a place like 3DPhacktory in Toronto. This typically costs tens of thousands of dollars and take months using traditional prototyping methods.</p>
<p><strong> Food &amp; Beverage </strong></p>
<p>Although in a nascent stage, there are many changes taking place in this sector. For instance, Spanish 3D printer, Natural Machines’ Foodini managed to print ravioli and gnocchi using a single ingredient. Printable food products are also available through a UK chocolate company known as Rococo’s Mini-You chocolate.</p>
<p><strong> Healthcare </strong></p>
<p>3D printing technology is well-established in dentistry, where it is used to fabricate customized dental implants on the spot. It is now revolutionizing the healthcare industry more widely, providing customized solutions for patients with various medical conditions. Recently, a 3D printed and embeddable heart device was created by the School of Engineering &amp; Applied Sciences at Washington University in St. Louis, USA. The device contains tiny sensors which help monitor a patient’s heart; possibly transforming how heart disorders will be treated in the future.</p>
<p>According to one estimate, the global market for 3D printing in medical applications reached USD354.5 million in 2012. Experts are predicting an annual average growth of 15.4% in the next five years, with the market to hit USD965.5 million by 2019.</p>
<p><strong> Transport</strong></p>
<p>Even <a href=”https://www.spireresearch.com/industries/automotive/”> automotive </a> vehicles can now be created through 3D printing. Italian company CRP Group has developed the Energica range of motorcycles. Planned to be released in 2015, this electric series of superbikes – entirely prototyped using 3D printing – is able to clock a speed of up to 240 kilometers per hour.</p>
<p>Are Asian countries leaders or laggards?</p>
<p>The Asia-Pacific region should be a key region ripe for 3D printing adoption, due to its extensive industrial base, supportive policies and government funding in research &amp; development (R&amp;D). Both Japan and China are noteworthy in terms of government initiatives and rapid growth in this field.</p>
<p><strong> Japan</strong></p>
<p>Compared to the US and European markets, 3D printing in Japan is still in its nascent stage despite Japan being a global technology leader. To fuel industry growth, the Japanese Economy, Trade and Industry Ministry (METI) has allocated USD44 million in the 2014 budget to support R&amp;D initiatives in the manufacturing of metal products through 3D printing.</p>
<p>Excited investors are also eyeing this burgeoning sector for end-product sales. US-based 3D Systems has expanded its partnership with Canon Marketing in 2013 to distribute 3D printers in Japan. Another US company, Stratasys, recently acquired the remaining shareholdings of Fasotec – a Japanese 3D scanning and printing company that rose to fame for printing models of unborn babies – in Stratasys Japan. This has enabled Stratasys Japan to become a wholly-owned subsidiary of Stratasys Ltd.</p>
<p><strong> China</strong></p>
<p>China’s 3D printing market is estimated to be worth USD1.65 billion by 2016. The Ministry of Industry and Information Technology has funded USD32 million to 10 research centers for 3D printing in 2012. Moreover, the China 3D Printing Technology Industry Alliance was formalized in December 2013 to unleash the full potential of 3D printing in the country.</p>
<p>Players in China’s 3D printing industry are keen to co-operate with industrial pioneers from the Western countries; in a bid to combine China’s cheap manufacturing capacities with American support. An example of such a partnership would be the one forged between Tiertime, China’s largest manufacturer of 3D printers, and Minnesota-based Microboard Technology.</p>
<p>3D printing - Not yet a walk in the park</p>
<p>While 3D printing is an inspiring technology, early adopters have experienced several disadvantages that will take time to be overcome.</p>
<p><strong> Legal issues</strong></p>
<p>It is still unclear to what extent the current copyright laws would be applicable to 3D designs and software, as designs of different objects can be easily duplicated and counterfeited. Hence, it is crucial to update policies and laws to protect brands from counterfeits.</p>
<p>For example, the American satellite television network, Home Box Office (HBO) sent a cease and desist letter to 3D printing service provider, nuPROTO, to halt the printing of Iron Throne iPhone docks inspired from the Game of Thrones series.</p>
<p><strong> Manufacture of dangerous weapons</strong></p>
<p>Should the design of dangerous weapons end up in the wrong hands, the result could be increased transactions of unregistered weapons and possibly a rise in crime. For example, blueprints of gun designs were downloaded over 100,000 times across more than 40 countries in just two days in 2013 via the website of US group, Defence Distributed. Although only eight personal computers in Japan downloaded the blueprints directly from the website, they were already available widely across the country. Besides, 3D printed guns made of plastic can easily bypass metal detection at airports and commercial buildings, posing a big security challenge.</p>
<p><strong> Unemployment</strong></p>
<p>Though 3D printing could help manufacturing companies save cost in the long run, it may cause job losses in many industries, particularly in the prototyping industry. Should these employees fail to acquire new skills and be laid off thereafter, it may create social problems . However, this would seem to be a challenge for governments and societies to provide adequate retraining and social safety nets rather than an argument against adopting 3D printing, as the same argument could be used against any technological breakthrough.</p>
<p><strong>What lies ahead?</strong></p>
<p>Undoubtedly, 3D printing holds vast untapped potential in our fast-paced world where time is money. It enables the production of new structures and shapes, allows new combination of materials with far less wastage and, best of all, allows production to take place close to the point of consumption, potentially eliminating vast supply chain costs.</p>
<p>As with every new technology, there is a dark side and the dangers will need to be controlled. But this should not be a show-stopper. When DVDs were first introduced, many speculated that cinemas would become obsolete. This has not happened.</p>
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As the technology and the economics behind 3D printing matures, we can look forward to a future when completely customized products are made-to-order instantly at the corner retail shop – or even in the consumer’s own home.
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<p>As the technology and the economics behind 3D printing matures, we can look forward to a future when completely customized products are made-to-order instantly at the corner retail shop – or even in the consumer’s own home. Every apartment block and neighbourhood convenience store could be equipped with a heavy-duty 3D printer. Manufacturers would then focus on IP and designs rather than physical production and distribution.</p>
<p>The range of consumer choice would also be massively widened. In theory, every individual consumer could order a unit of a product with a globally unique permutation of characteristics.</p>
<p>However, it is clear that Asian countries are laggards rather than leaders in 3D printing at this point in time. Even in Japan and China, two countries which are leading the pack in Asia, the extent of investment and industry penetration is small compared to the West. A great deal needs to be done to play catch-up.</p>
<p>The economic competitiveness stakes are high for Asia but so are the potential benefits. For example, with government support, 3D printing could be positioned as a way to get more products into small towns and villages across Asia’s emerging market countries without incurring expensive logistics costs.</p>
<p>Asia will need to work a lot harder to ensure that 3D printing does not become a missed opportunity.</p><!–:–><!–:jp–><p><strong>3Dプリンティング - アジアにおける未開発の可能性</strong></p>
<p><em>第3次産業革命とも呼ばれる動きの中で、消費者は、3Dプリンティングにより、耐久消費財を各自で製造して所有者になることが可能になった 。しかし、アジア諸国がこの新たな変革分野で出遅れないためには、さらに努力が必要である。</em></p>
<p><a href=”3D Printing”><img title=”3D Printing” alt=”” src=”https://www.spireresearch.com/wp-content/uploads/2014/07/2014-Q2-3D-Printing_Exploring-the-Asian-market.jpg” width=”655″ /></a></p>
<p>3Dプリンティングとは</p>
<p>3Dプリンティングとは、粉、溶融プラスチック、または金属を使用して、デジタルモデル から、実質的にあらゆる形状の3次元の固形オブジェクトを造形するプロセスのことを言う。</p>
<p>3Dプリンティングでは、最初に3Dのコンピューターモデルのデータを複数の層に断面化し、次に、3Dプリンターを使用して層を積み重ねてオブジェクトを作り上げる。最終製品の品質は、基材、断面の薄さ、プリンターの構造だけでなく、3Dコンピューターモデル のために考慮された準備量など、さまざまな要因によって決まる。</p>
<p>付加加工(additive manufacturing:AM)とも呼ばれる3Dプリンティングは、「除去加工(subtractive manufacturing:SM)」との差別化を図っている。後者では、材料を切削してペアを作成してから最終的にすべてを組み合わせる 。</p>
<p>2020年には25%の成長が予測され 、3Dプリンティングでは、ラピッド・マニュファクチャリングが従来の方法を上回るにつれ、ラピッド・プロトタイピングからラピッド・マニュファクチャリングへと大きくシフトしている。3Dプリンティングの市場は、2020年までには、84.1億米ドルの価値になると期待される 。</p>
<p>3Dプリンティングが提供するもの</p>
<p>この技術が普及し始めたのは1990年代であり、それほど昔のことではない。この頃は、エンジニアリング、建築、製造といった部門で、主に3Dモデルやプロトタイプの作成に使用されていた 。しかし今日、3Dプリンターが消費財として市場に出るようになるにつれて、3Dプリンティングは主流となっている。今では多くの学校が、科学の授業をより興味深いものにしようと3Dプリンターを購入している。</p>
<p>以下は、3Dプリンティングでのみ可能である。</p>
<p><strong> 構造や形状の改善 </strong></p>
<p>これまでの製造方法の場合、素材の加工には従来ながらの切削や鋳造を行うため、製造可能な構造や形状には限界がある。さらに、鋳造が複雑で中をくり抜くようなものである場合、付加加工のように構造部品を一度に作れないため、これまでの製造・加工方法では組み立てに時間が余計にかかる。</p>
<p>一方、付加加工は、層を単純に積み重ねてオブジェクトを作ることで、このような技術的な限界を完全に乗り越えた。新しい構造や形状の作成を制限するものは、消費者の想像力のみである。</p>
<p><strong> 素材の新たな組み合わせ </strong></p>
<p>異なる素材を組み合わせることは、従来の製造方法では、コストがかかり大量生産も難しい。しかし、熱心な努力家と専門家による不断の革新により、3Dプリンティングによる製造では多様な材料を組み合わせることが可能になった。言い換えれば、3Dプリンティングでは、独自の仕上げを加えた異なる素材を使用するための多様な解決策が用意されている。また、ガラス、セラミック、そして金属でさえも、外観と感触を模倣することができるのである。</p>
<p><strong>廃棄物の低減 </strong></p>
<p>付加加工は、大きな部品から最終製品を掘り出す代わりに、素材を積層させることで最終製品を造形するため、製造プロセスでの廃棄物の発生が最小化される。</p>
<p><strong>製造コストの低減 </strong></p>
<p>3Dプリンティングによる製造では、廃棄物、組み立て、労働投入量が軽減されるため、製造コストを70% 減らすことが可能である。</p>
<p>また今日では、最終ティア・チャネルや顧客が自身で最終製品を製造することが可能となっており、店頭や消費地点で、またはその近くで、より多くの商品が製造される可能性も高まった。したがって、多くの中間プロセスが排除されうる。</p>
<p><strong> 生産リードタイムの短縮 </strong></p>
<p>従来の製造方法では、通常、プロトタイプの作成から最終製品の組み立てまで少なくとも2日を擁する。しかし、3Dプリンティング産業技術では、1つのオブジェクトを数時間以内に作成することができる。これは、オンデマンド製造とも呼ばれ、少量生産ではもっとも効率的な方法である。</p>
<p>現実世界での意義</p>
<p>近年もっとも影響のある技術革新の1つとして3Dプリンティングは、MP3プレーヤーが音楽シーンを大きく変えたように、製造シーンを変えると期待されている 。3Dプリンティング技術は、次のような産業に大きな影響を与えるであろう。</p>
<p><strong> 製造 </strong></p>
<p>3Dプリンティングは、製品の現地生産への道を切り拓いた。かつて現地生産は、大規模な集中プラントでのみ可能であるとされていた。iPhone 5のカバーのような電子装備品から子供のおもちゃやシャワーヘッドといった家庭用品まで、広範な消費財が自宅に居ながらにして簡単に印刷することが可能になったのである 。</p>
<p>今日、人々は3Dモデリングソフトウェアを使ってプロトタイプを自分で設計し、それを、トロントの3DPhacktoryのような場所で、数時間で印刷できる。従来のプロトタイピング方法では、一般的には何万ドルものコストがかかるうえ、数カ月も要する 。</p>
<p><strong>食品&飲料</strong></p>
<p>まだ初期段階であるにもかかわらず、この部門では多くの変化が起こっている。たとえば、スペインのナチュラル・マシーンズ社(Natural Machines)の3Dプリンター、Foodiniは、たった1つの材料でラビオリやニョッキを印刷することができる 。印刷可能な食料品は、RococoのMini-Youチョコレートとして知られており、英国のチョコレート会社から入手可能である。 </p>
<p><strong> 医療</strong></p>
<p>3Dプリンティング技術は、歯科医術でも確立されている。この業界では、この技術を使用して、カスタマイズされた歯のインプラントをその場で即座に製造している。医療産業は今日、さらに大きな革新が起こっており、さまざまな医療状況の患者にカスタマイズされた解決策を提供している。最近では、米国セントルイスのワシントン大学工学・応用科学部で、3D印刷された埋め込み可能な心臓装置が作られた。この装置には小さなセンサーが埋め込まれており、患者の心臓のモニタリングをサポートする。これは、将来、心疾患の治療法を変えると考えられる 。</p>
<p>ある推定によれば、国際市場での3Dプリンティングの医学的利用は、2012年には3億5,450万ドルに達するとされる。専門家は、今後5年間の年間平均成長率は15.4%となり、2019年までには9億6,550万ドルに上ると予測している 。</p>
<p><strong> 輸送</strong></p>
<p>今日では、自動車でさえも3Dプリンティングで作ることができる。イタリアの会社、CRPグループは、Energicaシリーズというオートバイを開発した。これは2015年に発売が予定されている。この電気スーパーバイクは、すべて3Dプリンティングを使用してプロトタイプが作成され、最大時速240km/hで走ることが可能である 。</p>
<p>アジア諸国は主導権をにぎるか、遅れをとるか</p>
<p>アジア太平洋地域には広範な産業基盤があり、政策によるサポート、研究開発(R&D)への政府の資金援助もあることから、3Dプリンティング採用の態勢が整っている主要地域の1つとなっている 。特に、日本と中国の両国における、この分野での政府のイニシアチブと急成長は注目に値する。</p>
<p><strong>日本 </strong></p>
<p>日本はテクノロジーの面では世界トップであるにもかかわらず、日本における3Dプリンティングは、欧米の市場と比較するとまだ初期段階であると言える。この業界の成長を促すため、日本の経済産業省(METI)は2014年の予算として、4,400万ドルを配分し、3Dプリンティングを使用した金属製品製造のための研究開発プロジェクトを支援している .。</p>
<p>投資家もこれに刺激され、急成長しているこの部門における最終製品の売上の動向に目を光らせている。米国に拠点を持つ3Dシステムズ(3D Systems)は、2013年にキヤノンマーケティング社との提携を拡大し、日本における3Dプリンターの販売を行っている 。別の米国企業、ストラタシス(Stratasys)は最近、日本の3Dスキャンおよびプリンティング会社であるファソテック(Fasotec)that rose to fame for printing models of unborn babiesが所有するストラタシス・ジャパンの残りの持株を取得した。これにより、ストラタシス・ジャパンはストラタシス社の完全所有子会社となった 。</p>
<p><strong>中国</strong></p>
<p>中国における3Dプリンティング市場は、2016年までには16.5億ドルの価値に上ると推定される 。2012年、中華人民共和国工業情報化部は10の研究センターに対し、3Dプリンディングのために3,200万ドルの資金提供を行った 。さらに、2013年12月には、中国国内における3Dプリンティングの可能性を最大限に活かせるよう、中国3Dプリンティング技術産業アライアンスが形成された 。</p>
<p>中国の3Dプリンティング業界におけるプレーヤーは、中国の安い生産力と米国のサポートを結合させようと、西欧諸国の業界の先駆者との協力に熱心である。この一例が、中国最大の3Dプリンター・メーカーであるTiertimeと米国のミネソタに拠点を置くマイクロボード・テクノロジー社(Microboard Technology)との間の提携である 。</p>
<p>33Dプリンティングとその課題</p>
<p>3Dプリンティングは刺激的な技術ではあるが、初期の採用者はいくつかのデメリットを経験しており、その克服にはまだ時間がかかると思われる。</p>
<p><strong>法的課題</strong></p>
<p>3Dプリンティングではさまざまなオブジェクトの設計を容易に複製して偽造できるため、現在の著作権法がどの程度3D設計およびソフトウェアに適用可能なのか、まだ不明確である 。したがって、商標を偽造から守るためには、政策と法律を改訂することが重要となる。</p>
<p>たとえば米国の衛星テレビ・ネットワークであるHome Box Office(HBO)は、3Dプリンティング・サービス・プロバイダのnuPROTOに対し、ゲーム・オブ・スローンズ(Game of Thrones)シリーズからアイデアを得たアイアン・スローンiPhoneスタンドのプリンティングを止めるよう、警告状を送付した 。</p>
<p><strong>危険な武器の製造</strong></p>
<p>危険な武器の設計が悪意のある者の手に万一渡った場合、未登録の武器の取引、そして犯罪の増加につながる可能性がある。たとえば2013年には、米国の非営利団体であるDefence Distributedのウェブサイトから、銃器の設計図がわずか2日の間に40カ国以上で、10万回もダウンロードされた。日本では、この設計図をウェブサイトから直接ダウンロードしたのは8個のパソコンのみであったにもかかわらず、すでに国内全体で広く入手可能となっていた 。さらに、3Dプリントされたプラスチック製の銃器は、空港および商業ビルの金属探知機を容易にすり抜けるため、セキュリティ上の問題となっている 。</p>
<p><strong>失業</strong></p>
<p>3Dプリンティングは、製造会社にとって、長期的には費用の節減に役立つが、多くの業界、特にプロトタイピング業界では失業を引き起こす可能性がある。従業員が新しいスキルを取得できずに解雇された場合、社会問題にもつながる可能性がある 。しかし、これは技術革新にも言えたことであり、政府と社会にとっては、3Dプリンティングの採用について議論を唱える以上に、適切な再研修および社会的セーフティーネットを提供することが課題となると考えられる。</p>
<p><strong>今後の展望 </strong></p>
<p>3Dプリンティングは、「時は金なり」の目まぐるしいこの世界において、まだ手の触れられていない大きな可能性を間違いなく秘めている。3Dプリンティングにより、新しい構造と形状の製造が可能になり、異なる素材を新たに組み合わせて無駄をはるかに少なくすることができる。そして、何よりも、消費現場の近くで製造を行うことができ、その結果、サプライチェーンにかかる費用を解消することが可能になる。</p>
<p>あらゆる新技術と同様、3Dプリンティングにも負の側面があり、危険を制御する必要性が出てくるであろう。しかし、これにより革新が止められてはならない。DVDが最初に紹介されたとき、映画は消えてしまうであろうという推測も多く聞かれた。しかし、これは実際には起こらなかった。</p>
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完全にカスタマイズされた製品が近所の小売店、あるいは消費者自身の家でさえも、一瞬のうちに注文生産される - 3Dプリンティングの背景にある技術と経済が熟していくにつれて、そのような未来を期待できる。
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<p>完全にカスタマイズされた製品が近所の小売店、あるいは消費者自身の家でさえも、一瞬のうちに注文生産される – 3Dプリンティングの背景にある技術と経済が熟していくにつれて、そのような未来を期待できる。すべてのアパートや近所のコンビニでは、3Dプリンターが大活躍する可能性もある。その結果、製造者は、物理的な製造と配布ではなく、IPや設計に焦点をあてることになるであろう。</p>
<p>消費者の選択肢も劇的に広がるであろう。理論的には、すべての消費者それぞれが、世界でも独自の特性をもった製品を1つだけ注文することが可能になる。</p>
<p>しかしながら、アジア諸国は、現時点では3Dプリンティングにおいてまだ遅れをとっており、主導者という状況ではない。アジアの将来を担う日本や中国の両国でさえも、西欧諸国に比べると投資レベルは低く、業界への普及率は小さい。この遅れを取り戻すためには、大きな努力が必要である。</p>
<p>アジアは、経済競争力の掛け金は高いが、潜在的なメリットも大きい。たとえば、政府の支援があれば、3Dプリンティングを使って、アジアの新興市場となる国の小さな町や村に、高額な物流費用をかけることなく、製品をもっと行き渡らせることができる。</p>
<p>3Dプリンティングというビジネス機会を逃さないためにも、アジアはさらなる取り組みが必要となるであろう。</p><!–:–>

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