4Dプリントを使用してスマートな繊維製品を作成する方法

アーヘン工科大学の ITA 繊維技術研究所の Katarina Winands 氏が、熱溶解積層法で「スマート」な繊維を製造できる仕組みについて説明します。

繊維の世界は急速に変化しています。そう遠くない将来、柔軟な技術によって「スマート」な繊維が生み出され、さまざまな分野で革命的かつ広範囲にわたる応用が可能になるかもしれません。

現代の生活では、人間のニーズが絶えず変化するため、常に新しい製品が求められます。しかし、材料の消費と廃棄物を削減することも重要です。しかし、この矛盾は、複数の機能を満たす適応性のある材料を作成することで解決できます。繊維の場合、積層造形はこれを実現するために使用できる重要な技術です。

フレキシブル エレクトロニクスには、タッチパッド、ソーラー パネル、ディスプレイ テクノロジーが含まれる可能性があります。また、繊維に関しては、フレキシブル テクノロジーによって、布地プリント回路基板、繊維センサー システム、機能化された表面などが実現する可能性があります。

フレキシブルエレクトロニクス

フレキシブル エレクトロニクスの可能性に気付く人はますます増えています。世界のフレキシブル エレクトロニクスおよびプリンテッド エレクトロニクス市場の規模は、2020 年の 150 億ユーロから 2030 年までに 500 億ユーロにまで大幅に拡大すると予想されており、ヨーロッパは最も急成長している市場の 1 つになると見込まれています。フレキシブル エレクトロニクス技術は、ヘルスケア、パーソナル モビリティ、土木工学など、さまざまな分野に革命を起こす可能性があります。

しかしながら、スマート テキスタイルの開発を阻む課題は数多くあります。たとえば、使用するバッテリーは必要な電力要件を満たし、柔軟で軽量、かつ洗濯可能でなければなりません。製品は可能な限り持続可能なものにし、寿命を最大限に延ばし、廃棄物を最小限に抑える必要があります。また、素材の課題もあります。たとえば、生地は洗濯やアイロンがけ、伸縮、摩耗などの機械的ストレスに耐え、標準化された自動生産に適したものでなければなりません。

4Dテキスタイルデザインの機能コンセプト

アーヘン工科大学の ITA 繊維技術研究所は、Asys Systems GmbH と共同で、スマート テキスタイルのスケーラブルで柔軟な製造のためのロールツーロール生産ラインを開発しています。この生産ラインでは、スクリーン印刷とピックアンドプレース プロセスを使用してスマート テキスタイルの連続生産が可能です。さらに、モジュール設計により、将来の生産モジュールを統合できます。

目的は、プロトタイプ作成と設計のための最先端のマイクロファクトリーを作成し、未来の実際の学習工場を提供することです。これを実現するために、スクリーン印刷、ピックアンドプレース、光学認識、協働ロボットによるディスペンサー印刷など、さまざまなテクノロジーが採用されています。

4次元へようこそ

アーヘン大学で開発されている「スマート」テキスタイルは電子的なものではなく、形状、機能、外観を変えることができます。「4D」テキスタイルとして知られるこのテキスタイルは、ハイブリッド素材間の複雑な相互作用と外部刺激の使用により、ユーザーと環境に適応することができます。その結果、デザインの自由度が高まり、カスタマイズが可能になり、材料の消費量が削減されます。応用分野としては、消費財、自動車の内装、テキスタイルファサード、医療技術などが考えられます。

4D テキスタイルは、プレストレスト テキスタイルにポリマー材料を 3D プリントすることで作成されます。プレストレスト テキスタイルにプリントすることで、プリント ポイントの伸張状態が固定されます。テキスタイル サブストレートは、プレストレストによって生成されたエネルギーを機械的に蓄えることができます。この蓄えられたエネルギーは、目的の変換に使用できます。

自動化された繊維生産ライン

蓄積されたエネルギーを放出することで、2 次元構造は双安定動作を持つ 3 次元構造になります。この場合、安定状態は構造の 2 つの異なる 3 次元形式です。安定状態間の変化は、熱、電気、湿気などの外部刺激によって活性化されます。これにより、機能が変化する可能性があります。

アーヘン工科大学の ITA 繊維技術研究所は現在、シュナイダー テクノロジーズと連携して、大判プリンター 4D-TexPrint 1.0 を開発しています。このプリンターは、1m x 1m の印刷領域を持つプレストレスト テキスタイルへの 3D 印刷用に特別に設計されたテキスタイル プリンターです。このプリンターはロール状のテキスタイルを供給するように設計されているため、印刷プロセスの前に切断する必要がありません。このプロセスの結果、前述のテキスタイル ファサードなど、無限のイノベーションの可能性を実現する、大面積のプログラム可能なテキスタイル 4D 構造が生まれます。