織物製造：マクロファイバー分野における新たな産業革命

出典：中国フォーチュン土地開発産業研究所

はじめに: 織物製造における「織物」は、現在知られている付加製造、等質製造、減算製造の意味合いとは異なり、従来の意味での繊維と糸のレベルでの紡績と織り、分子レベル、さらには原子レベルでの編集と配置の両方を反映しています。また、織物とデバイスレベルでの統合と構造化、システムとスーパーシステムレベルでの多次元デジタルプログラミングの両方を反映しており、最終的には自動化とインテリジェンスという優れた特性をもたらします。

現代の製造システムには、材料と製造および加工技術という 2 つの重要な基礎があります。「ビッグファイバー」の技術革新と産業の台頭は、新素材と新製造のブレークスルーによって推進される繊維製造分野における新たな産業革命の到来を告げています。織物製造の到来です。

マクロファイバーとは何ですか？繊維は、人体の一部の組織を含む、世界を構成する基本的な物質の 1 つです。繊維産業の進歩と発展に伴い、今日の繊維材料は強度、難燃性、電気特性などの特性において根本的な変化を遂げてきました。新世代の繊維は、織物、電子織物、スマート織物などの先進的な織物の基礎となっています。この繊維材料に基づく高性能複合材料は、光学機械統合、赤外線センシング、ネットワーク情報、インテリジェンスなどの技術を深く統合し、データ伝送やエネルギー貯蔵などの新しいアプリケーションを統合しています。これは、国際的に「革命的な紡績繊維」（革命的な繊維）とも呼ばれる、新世代のハイテク繊維製品です。

未来世代のハイテク繊維のミクロおよびマクロの構造と特性は、多種多様な豊かで多様な形態と性能を示し、エネルギー貯蔵、通信、感知、コンピューティング、さらには実行機能も備えます。繊維は障害物なしに人体に接近して侵入することもでき、人間のビッグデータをリアルタイムで収集するための最良の手段になります。繊維を基本要素として「コンパイル」されたインテリジェントデバイスとシステムは、多くの製品に対する私たちの認識を完全に変え、それによって多くの下流産業に破壊的な変化を引き起こします。私たちはこれらの特性を持つ繊維を大繊維と呼びます。

大繊維は、分野横断的、分野横断的、融合的という特徴を持ち、材料、情報、電気機械、生物学、エネルギーなどの分野における技術革新と融合に基づいており、「インテリジェント、スーパーパワー、グリーン」を基本特性としています。多機能、多重構造、多重コンポーネントなどを備えており、多くの産業クラスターに対して高い浸透性、破壊的、革命的な影響を及ぼす新世代の繊維です。

伝統的な繊維は物理的な世界を構築し、接続します。現代の繊維は物理的な世界とデジタルの世界を構築し、接続します。将来の繊維、つまり大型繊維は、物理的な世界とデジタルの世界を統合し、人体とシームレスに接続し、人類をより文明化されたインテリジェントな社会へと押し進めます。

市場アプリケーション ビッグファイバーのいわゆる「ビッグ」には、一連の理論的、技術的ブレークスルーと国境を越えた統合によってもたらされた繊維材料のイノベーション、これらの繊維から織り出されたさまざまな先進的な織物、デバイス、システム、そして破壊的に変化し、新たに生まれた応用産業クラスターなど、さまざまな意味合いがあります。したがって、ビッグファイバーは、主要な最先端技術コンセプトであるだけでなく、戦略的かつ革新的な産業クラスターであり、数兆ドルの価値を持つ巨大な市場でもあります。

近年、新しいクロスドメインおよびクロスディスシプリナリースマートファイバーのファミリーが増加しています。マサチューセッツ州の技術研究所によって開発された高い熱伝導性繊維は、伸縮と再構築により、伝統的な熱断熱理論を覆し、繊維のポリマー鎖が順番に配置され、理想的な単結晶構造と高い熱伝導率を備えた繊維を採取します。ネガティブ電極と、Zhijiang大学のGao Chao教授のチームによって開発および調製されたグラフェン繊維は、軸方向に沿ったグラフェンシートの配置によって形成された連続的な組み立てですCo.、Ltd。は、コールドトランスファーテクノロジーを使用して、染料を印刷に正確に置き換え、何千年もの希釈染料ソリューションを使用した印刷と染色プロセスを覆し、基本的には水の消費を備えていないために、搾取のために栄養を供給することができます。インテリジェントな電子生地。

同時に、大口径ファイバー技術は、元の技術の製造上のボトルネックを打破します。例えば、クモの糸は、従来の化学合成理論や方法では生産できませんでした。現在では、生合成理論を応用し、カイコやバクテリアのタンパク質分子をクモの遺伝子で制御することで、高性能のクモの糸を大量生産できるようになりました。これは、業界ではナイロンの登場以来の繊維素材における最も重要な進歩であると考えられています。

図1. 典型的な大型繊維製品画像提供: 中国富裕土地開発産業研究所
テクニカルルート 大型繊維生産は、既存の繊維およびその他の先進的な製造技術を最大限に活用し、新しい製造技術を継続的に開発して、原子から超システムまでのすべてのレベルで製造活動を実行します。具体的な技術の観点から、原子・分子レベルでは、遺伝子編集技術や生合成技術、ハイブリッドや各種ポリマー分子合成技術（繊維やマトリックス用ポリマー、炭素繊維前駆体、セラミック繊維、セルロースやバイオポリマーなど）があり、繊維や糸レベルでは、湿式または乾式紡糸技術、溶融紡糸技術、二成分紡糸技術、不織布技術、短繊維技術、精密巻き取り技術などがあり、布地や構造レベルでは、スペーシング技術、織り、編組、製織、編み、編組接続、組織工学、膜技術、編組押し出し、構造巻き取り技術などがあり、機能化やデバイスレベルでは、ゾル/ゲル技術、染色・仕上げ技術、デジタル印刷技術、ナノテクノロジー、物理・化学手法、コーティング、電子部品の統合、センシング・実行特性開発などがあり、インテリジェントシステムやスーパーシステムレベルでは、モデリング・シミュレーション、仮想化、自動化・ロボット工学、3D印刷、デジタル化、インテリジェンス、グリーン・持続可能な製造技術などがある。

大口径繊維の理論的基礎と技術的ルートは繁栄しています。例えば、構造最適化理論の指導の下、光ファイバーをベースにした多材料、多構造、多機能のインテリジェント繊維を開発しています。ナノ理論の指導の下、カーボンナノチューブとグラフェンをベースにした高機能繊維を開発しています。ポリマー設計理論の指導の下、分子構造から超高性能繊維を開発しています。合成生物学理論の指導の下、遺伝子組み換え技術を通じて高性能の生物繊維を創造しています。

図2. 大型繊維生産の主なプロセス技術ルート画像出典：中国富裕土地開発産業研究所
国別の進捗状況 大繊維産業は、未来のスマート社会の発展を指向しており、先進的な製造業と戦略的な新興産業の結合における重要な突破口であり、新技術の高度な統合、複数の業界横断的な分野、広い放射範囲などの特徴を備えており、政府の推進と前向きな配置が必要な新興産業であり、世界各国から高く評価されています。米国、日本、ドイツなどの先進国は、次世代繊維がもたらす革命的な影響を率先して認識し、数十の産業分野をカバーする戦略的な高さと長期的な時間スパンで業界の将来の発展を理解し、概説し、技術の飛躍的進歩、製品の革新、国境を越えた統合を通じて、次世代繊維の発展の傾向を率先して示しています。

米国における開発
2015年4月、米国国防総省は7,500万ドルを投資して革命的繊維・織物製造イノベーション研究所（RFT-IMI）を設立し、「革命的織物と繊維」というコンセプトを提唱した。従来の繊維製品との主な違いは、複数の機能を統合した多材料、多構造のスマート繊維であることです。同時に、デジタル革命とモノのインターネット技術の急速な発展、および繊維/繊維技術の交差と融合により、国民経済の各分野と密接に融合し、多数の新しい用途を生み出した重要な製品「スマート繊維」（Samrt Fabrics）が生まれました。

米国の国立科学財団（NSF）は、農業、建設、国防、インフラ、住宅など12の主要な応用分野を定義しており、新しい繊維製品の応用が開花傾向にあることを示しています。学術分野では、MIT は数十の大学や企業を率いて Advanced Functional Fibers of America (AFFOA) を設立し、全国規模の産学研究連携を実施しています。さらに、米国国防総省、米国商務省、米国エネルギー省などの公的機関も、繊維および織物に関する革新的な研究を積極的に推進しています。

ドイツにおける動向 ドイツは2014年以来、繊維産業全体のアップグレードと変革のための国家戦略「未来の繊維」プロジェクトを確立しており、繊維分野における重要な戦略的判断を提示しています。繊維はもはや伝統的な産業ではなく、新しい産業であり、新素材、省エネと環境保護、スマート製品に基づいて生み出された製品とサービスです。ドイツは、繊維産業のアップグレードの位置づけを明確に打ち出しており、繊維産業をドイツで最も革新的な産業の一つであり続けることを目指しています。

ドレスデン工科大学機械科学工学部の繊維機械および高性能材料技術研究所 (ITM) は、研究対象を原子から完成品までさらに拡大しました。その教育および研究対象は、シミュレーションと材料モデリング、製品開発、プロセス技術開発、機械設備開発の 4 つのレベルに分かれています。

「繊維」は伝統的な紡績産業との血縁関係を維持しているが、「ビッグファイバー」は次世代のインテリジェント繊維技術の多分野かつ分野横断的な特徴、特にその産業チェーンと他の多くの重要な産業に及ぶ破壊的な影響を強調しており、これは伝統的な紡績産業とはまったく異なります。

現在、我が国の大型繊維分野の発展は基本的に世界と同期しており、研究開発の探求とサンプル試作は一定の進展を遂げ、大型繊維の発展とその産業応用のための比較的強固な基礎が培われています。繊維材料の研究開発と人材育成では、東華大学、清華大学、復旦大学、浙江大学、華中科技大学、上海紡織グループ、華誼グループなどの大学や企業があります。設備分野では、雲通ナノなど多くの革新的な企業が台頭しています。バイオメディカル、マイクロエレクトロニクス、センサー、省エネ、環境保護などの下流の応用分野では、最小侵襲医療、ゴアテックなど多くの大手企業が存在します。

2017年11月7日、国家会展センター（上海）でビッグファイバーセミナーとビッグファイバー産業技術開発白書発表会が開催されました。画像出典: 合成繊維公認アカウント
織物製造業 ナノの概念を初めて提唱したアメリカの物理学者リチャード・ファインマンは、1950年代に「原子を私たちが想像するような形で配置できるとしたら、その物質はどのような特性を持つのだろうか？」という有名な疑問を提起しました。

この問題は、科学者に従来のポリマーのカテゴリーを超えて研究の視点を広げ、制御可能な分子の不均一性とそれに関連する精密な構造を合成ポリマーの分野に導入し、ポリマーの基本構造を拡張して、より精密な機能を実現するよう促しました。例えば、従来ガーゼは傷口の包帯にしか使われていませんでしたが、大口径繊維技術を用いて開発されたスマートガーゼは、傷口の包帯の機能だけでなく、抗炎症や治療機能も備えています。また、遠隔医療システムに接続して、患者の回復状況をオンラインで監視することもできます。

織物製造は、原子から超システムまで、多層的な革新的な製造技術です。わが国の専門家は、大繊維製造技術を「織物製造」と革新的に呼んでいます。織物製造の「織物」は、現在知られている付加製造、等質製造、減算製造の含意とは異なり、伝統的な意味での繊維と糸のレベルでの紡績と製織、分子、さらには原子レベルでの編集と配置の両方を反映しており、布地とデバイスレベルでの統合と構造化、システムとスーパーシステムレベルでの多次元デジタルプログラミングの両方を反映しており、最終的に自動化とインテリジェント化の優れた特性をもたらします。

現在、織物製造の最も重要な用途は、大口繊維の分野にあります。大口径繊維をベースとした新たな製造技術は、製造方法を大きく豊かにし、工作機械に代表される減算型製造や3Dプリンティングに代表される付加型製造に続く、重要な意義と極めて高い価値を持つ新たな製造モデルとなることが期待されています。

結論
現在、世界の経済と競争環境は大きな変化を遂げており、科学技術の発展により製造業における新たな革命的な進歩が生まれています。大型繊維産業は、新技術の高度な統合、複数の業界横断的な分野、広い照射範囲などの特徴を備えています。大繊維産業は未来のスマート社会の発展を指向しており、先進的な製造業と戦略的新興産業の発展にとって重要な突破口であり、伝統産業のアップグレードと革新のための新たなコードです。私たちは、従来の等材料製造、減算製造、新興のデジタル付加製造技術だけでなく、数多くの革新的な最先端の製造プロセスと技術を含む、大口繊維に関連する織物製造という新しい製造技術システムに焦点を当てています。

いわゆる「材料一代、プロセス一代、設備一代」。織物製造プロセス技術の研究とそれに対応する製造、試験、検証設備の開発は、大口径繊維が最終的に産業応用に向かう唯一の道であり、同時に製造業に新たなブルーオーシャンをもたらすことになる。

参考文献:
[1] 劉デミング他著「ハイエンドの視点。繊維産業についてどれだけ知っていますか？」
[2] 趙平、中国冶金ニュース、2019年8月2日。「あなたが知らないビッグファイバーの世界」
[3] 銭博張、http://www.cnki.net。マクロファイバーとマクロファイバー分野
[4] 趙美美「繊維科学技術の進歩」第1号、2018年。「ビッグファイバー - 新世代の繊維革命が到来」
[5] 王建「繊維・織物産業のビッグデータ：繊維素材を基盤とした産業革命」
[6] 朱美芳、大佳フロンティア「新時代のビッグファイバー」

織物製造：マクロファイバー分野における新たな産業革命

浙江省における付加製造（3Dプリント）産業の発展動向

山西省で初の3Dプリント膝骨切り手術が成功

「2023 Farsoon 3Dプリンティングイノベーションと産業化フォーラムおよびパートナー投資促進会議」が成功裏に開催されました

3Dプリントの割合が増えます！ MakerBot が 3D プリントと STEAM 教育レポートを発表

工業情報化部は2023年の積層造形の典型的な応用シナリオを発表し、サンディテクノロジーは2つのリストを作成した。

WASP、高さ1メートルの物体を印刷できる新しい粘土3Dプリンターを発売

もっと多くのデザインを 3D プリントしたいですか? 50%の石粉を含むこの新しいPLAをぜひお試しください

Huawei Mate 20 Proが発売、3Dスキャン機能を搭載、「パンダ」をスキャンするのにたった1分しかかからない

画期的な3Dプリント固体電池！ブラックストーンのリン酸鉄リチウム正極技術はコバルトやニッケルを必要としない

世界初の3Dプリント心臓が登場！心臓移植はもはや遠い夢ではない

推薦する

カントゥオメディカルの「付加製造ポリエーテルエーテルケトン頭蓋骨欠損修復プロテーゼ」が販売承認を取得

シコルスキーは3Dプリントを活用して次世代陸軍ヘリコプター競争で優位に立つ

MIT、乳がんの早期検診をより便利にする3Dプリントウェアラブル超音波装置を開発

MARSHA: 3Dプリントされた垂直火星居住地

徹底した耕作と細心の注意を払って、四川レーザー華東溶接応用センターが正式に運用を開始しました

Roboze がミラノに新オフィスを開設、3D プリントの限界を押し広げる

マテリアライズとアルセロールが提携し、ソフトウェアを活用して LPBF 金属 3D 印刷プロセスを最適化

米軍は2017年の主要な探究実験プロジェクトとして3Dプリントドローンを挙げている。

インクジェットサンド3Dプリント技術（鋳造専門家向け）

米国は積層造形技術を用いて、初めて傾斜複合部品のワンステップ成形を実現した。

外国の独占を打ち破り、西安智栄はAECCの電子ビームヒューズ成形装置の入札に勝利した

MISはNASAと協力して宇宙3Dプリントおよび組み立てシステムを開発しています

ストラタシスは、2018年のTCT展示会に複数のプリンターと3Dモデルを持ち込みます

CELLINK の新しい生物学的 3D プリンター BIO X: クローズドデザイン + 3 つのプリントヘッド

知らないかもしれない無料の大規模モデルライブラリ - Flashforge Cloud Platform