3D テキスタイル: 奥行きを受け入れる

高度なテクノロジーが古代のテキスタイル手法から進化し続けるにつれて、より幅広い機会が広がります。

Jim Kaufmann、テクニカルエディター

3D テキスタイルの興味深い世界をざっと調べてみれば、この分野がかなり曖昧な用語を含んでおり、数え切れないほどのさまざまなルートと幅広い機会が存在していることがわかるでしょう。 たとえば、Google で 3D ファブリックを簡単に検索すると、約 3 億 2,500 万件のヒット結果が得られます。これには、伝統的な織物やニットから不織布や非伝統的なプリントに至るまで、あらゆるものの 3D バージョンが含まれており、言うまでもなく、飛躍的に多様なアプリケーションのリストが含まれています。そうでない人もいます。 この関心の高まりに関してすぐに考えられるのは、エンジニアが最終的に動的なパフォーマンスベースのアプリケーションで 3D テキスタイルを非常に快適に受け入れ始めているということです。 同時に、製品デザイナーは、これらの特定の技術的、視覚的、および/または触覚的要件を示す布地、またはおそらくより適切には繊維状材料の作成においてさらに熟練し続けています。

多用途性と明確に定義されたパフォーマンス特性が、引き続き 3D テキスタイルへの関心を高める主な原動力となっています。 事実上すべてのテキスタイル製造技術を何らかの方法で適応または修正して 3D テキスタイルを作成できることを考えると、アプリケーションの幅はまさにほぼ無限です。

3D ウィービングと 3D ブレイディングは引き続き関心が高く、主に複合材料分野で用途が見出されており、軽量化を達成するために鋼鉄の代替に重点が置かれ続けています。 メイン州ポートランドに本拠を置くテックス・テック・インダストリーズの3Dウィービング新製品開発マネージャーであるキース・シャープ博士によると、「複合材料の3Dウィービングは鋼鉄の代替品として最適です。ビレットやネットシェイプに近いプリフォームを織って成形することができます。」複雑なデザインの正確な形状により、重量が節約されるだけでなく、製造の労力も節約され、長期的な信頼性も向上する可能性があります。現在では多くの用途がありますが、Albany International が 3D 織りで製造している LEAP ジェット エンジンのファン ブレードは、おそらくその最大の例でしょう。これ。"

特定の性能プロファイルを達成するために繊維の配置を制御し、糸の経路を調整する機能も LEAP エンジン モジュールに反映されています。 Albany International の Web サイトによると、LEAP には次の利点があります。

機械メーカーが 3D 分野での活動を活発化させるにつれ、3D 織物複合材料への関心が新たな機器の革新を促進しています。 歴史的に、3D 織機は、従来の 2D 織機を高度に改良したバージョンであるか、特定の製品コンセプトを念頭に置いて特注の専用に作られた 1 台限りでした。 ジャカード経糸開口制御システムで知られるスイスに本拠を置くストーブリ グループは、過去数年にわたり、自社の技術織物製織システムを導入しました。これは、自社のジャカードまたはユニバル経糸開口制御と組み合わせると、モジュール式設計で派生した頑丈な織機です。システムは、製品設計の驚くべき柔軟性と、それを生産する製造能力を提供します。

それに負けず劣らず、ドイツに本拠を置くリンダウアー・ドルニエ社（工業用、工業用、高機能生地用の織機の製造で広く知られている）も、最近、複合材産業を直接ターゲットにした一連の製品を発表しました。 同社の複合システムには、3D プリフォームを製織するために特別に設計された機械が組み込まれています。 このスイートには、開繊トウ一方向テープラインと、ロービングと開繊トウテープの製織専用の機械も含まれています。

Web サイト Gizmodo.com と ZDnet.com で見つけた最近の記事は、3D テキスタイルがいかに影響力を持っているかを示す好例となっています。 ジュリアン・ゴールドマンによるギズモードの最初の記事は、「未来はニットだ: 古代の編み物技術が再びハイテクになった理由」と宣言しています。 Greg Nichols による ZDnet の 2 番目の記事は、「3D ニットの背後にあるハイテク科学 (そう、ニットです!)」と宣伝しています。 どちらの記事も、より効果的かつ効率的なニット製品のデザインにつながるユーザー インターフェイスの改善とともに、3D または成形横編みの出現と、ニット構造に見られるが織物に固有ではない次元性の制御に焦点を当てています。 3D ニットは製品デザインの側面を提供するだけでなく、機械をプログラムし、糸をロードし、完全な衣類が完成します。また、ウェアラブル エレクトロニクスを完全に加工されたニット製品に組み込む可能性も生み出し、その一部はすでに市場に投入されています。 マサチューセッツ州ケンブリッジに本拠を置く Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) は、マサチューセッツ工科大学 (MIT) の近くに本部を置く非営利機関で、繊維技術の統合およびネットワーク化されたデバイスおよびシステムへの利用を推進するために、連邦政府の資金提供によって設立されました。 この取り組みの一環として、AFFOA は複雑な形状を作成するための 3D 編みの効果に焦点を当てています。 AFFOA の CEO であり、MIT の材料科学および電気工学の教授であるヨエル・フィンク氏は、ゴールドマンの記事で次のように述べています。サービスの料金を支払えば、生地を手に入れることができます。」 確かに、未来のテキスタイルを異なる視点から見ることができます。

よこ編みのいとこに負けず劣らず、ニューヨーク州ホーポージに本拠を置くゲーリング テキスタイルズ コーポレーションやニューヨーク州インウッドのアペックス ミルズなどの 3D 縦編みスペーサー生地メーカーは、ファッションから幅広い用途に向けた新しくエキサイティングな方法でテクノロジーの多用途性を進化させ続けています。座席や寝具だけでなく、適合性、隙間の充填、空気の流れの増加、追加のエンジニアリングパラメータが依然として望ましいその他の領域にも適用されます。

少なくともテキスタイルの観点から見ると、多くの分野で関心と注目を集め続けている 3D プリンティングは、本質的にはポリマーが収集ベルト上に押し出されるスパンボンド不織布のより正確なバージョンであると主張できます。またはプラットフォームで結合し、明確な構造を作成します。 唯一の本当の違いは、スパンボンドは通常、配向と結合パターンがランダムであるのに対し、3D プリントは特定の位置で正確な層で押し出されることです。 しかし、3D プリンティングが繊維製造方法論の延長であると信じるかどうかに関係なく、それが近年の IT テクノロジーでありメディアの人気者であることは確かです。

当初、3D プリンティングは、信じられないほど複雑な形状や斬新なギズモを作成する方法として多くの人に見られていましたが、現在では、ほぼすべての製造の機会や欠点を解決するソリューションとして予測されています。 3D プリンティングに関して広まっている認識、あるいは重要性は、文字通り、思いつくことができれば 3D プリンティングで実現できるということを暗示しているように思えます。 3D プリンティングは当初、詳細で精密な 1 回限りの部品を作成し、コンセプトを探求し、理論を評価できるラピッド プロトタイピングで受け入れられました。 技術が進歩し、より多くの関心を集めるにつれて、「金属」を印刷するためのバリエーションを含む、新しく高度なポリマーシステムが開発され、強化材として繊維状媒体を追加し、3D プリント構造の層間の完全性を向上させています。 使用されるメディアや入力の進歩に伴い、3D プリンターのサイズ、範囲、複雑さ、一貫性も大幅に向上しました。 ここ数年で、3D プリンタは主に最大立方フィート サイズの部品を製造できるデスクトップ モデル（依然として中核的能力）から、バスほどの大きさの金属 3D プリンタにまで成長し、そう遠くないうちにさらに大きなバージョンも作成できる可能性があります。オフ。

3D プリンティングは現在、特に大量カスタマイズが好まれる場合、または過度に複雑で従来の製造方法ではプロセス能力が制限されている製品の場合、有効な製造技術とみなされています。 利点は引き続き、複雑な部品の製造全体の簡素化、生産時間の短縮、労働内容の削減に合わせた製品設計の可能性です。 これに、必要な設置面積が比較的小さく、投入材料とその結果生成される製品の信頼性が高まることと相まって、OEM や部品サプライヤーと取引する代わりに、交換部品を社内で生成する大きな機会が生まれます。特に到達困難な地域では、夜間配送サービスであっても、外航船や将来の宇宙旅行者など。

テクノロジーが進歩し、よりコスト効率の高い大規模な生産に拡張されるにつれて、潜在的なアプリケーションは指数関数的に成長し続けるでしょう。 残念ながら、さらに興味深い新しいカテゴリが目前に迫っているため、ここでこれらのアプリケーションについて議論する十分な余地はありません。

この記事の調査中に、ジェファーソン大学の学際的研究の教授でフルブライトのスペシャリストである長年の友人であるクリス・パストーレ博士が、「なぜこのアップデートに 4D テキスタイルを含めないのですか?」と尋ねました。 MIT、ハーバード大学、アーヘン大学、ジェファーソン大学などの研究者は、繊維やその他のプログラム可能な材料を驚くべき方法で 3D プリンティングと組み合わせる可能性を模索しています。 4D プリンティングという用語は、数年前に、MIT の自己組織化研究室の所長でジェファーソン大学の卒業生でもあるスカイラー ティビッツ氏が、これらの構造の長さ、幅、深さの次元に時間の次元を組み込むことによって作ったと言われています。

パストーレ博士は次のように説明しました。「繊維素材の柔軟性と弾性を 3D プリンティングの硬質ポリマー構造と組み合わせて、熱やその他のアクチュエーターを加えて変形させると、2 つの状態から 2 つの状態に変化するシステムを作成するのは興味深いことではないでしょうか」 -次元構造を複雑な三次元構造に?あるいは、形状記憶ポリマーを 3D プリント構造に組み込んだ場合、活性化によってオブジェクトがまったく異なる構成になる可能性があります。材料を 3D プリントし、その上にグリッドを印刷し、後でアクティブにすることができます。後で、アクチュエータを平らな構成に適用すると、テント内に自動展開されます。考えてみると、4D テキスタイルの可能性は計り知れません。 」

確かに、この概念は少し考えすぎになるかもしれませんが、YouTube では、平らな 3D プリント構造が別の形状に変化する興味深いビデオ例がいくつか見つかります。 これらのビデオの中で最も有名なものは、一見直線に見えるポリマーが魔法のように MIT のイニシャルに変化する様子を示しています。

4D テキスタイルはまだ比較的初期段階にありますが、少しの想像力と、テキスタイルとして知られる古代ながらも継続的に進歩しているテクノロジーについてある程度の知識を持つ人にとって、3D テキスタイルは確かに大きなチャンスであるというさらなる証拠を提供します。

2018年9月/10月