炭素繊維の3D統合織り技術が軍民融合の機会をもたらす

南極熊の紹介：炭素繊維は広く使用されていますが、従来の方法は積層技術を使用することです。軍事産業の技術である炭素繊維の3D一体成形と織りが採用されれば、新たな応用市場の機会がもたらされる可能性があります。ある専門家は、「3D プリントに関するレポートを書くたびに、セーターを編んでいるおばあさんがいますが、これも付加製造です。何十年も前に、私たちの小さな女の子たちがやっていました。どうして第 3 の革命がこのようなものになるのでしょうか。付加製造は 3D プリントと同じものではありません。」と述べています。しかし、Antarctic Bear はカーボンファイバー印刷技術に関してユーザーから多くの問い合わせを受けており、この技術は解決策となる可能性があります。

△南極熊のイラスト：すでに市販されている炭素繊維製品

2018 年 11 月 27 日〜 28 日、Antarctic Bear は 2018 Additive Manufacturing Global Innovation Competition で、いくつかの優れた 3D プリントプロジェクトのロードショーを現地で見学しました。

△炭素繊維3D統合製織技術プロジェクトの共同創始者、何斌氏

以下は、イベントの速記です。Antarctic Bear は、プロジェクトロードショーのプロセスをうまく復元できることを期待しています。

炭素繊維3D一体成形織り技術

何斌：
軍用グレードのカーボンファイバー3D一体成形織り技術
当チームは「炭素繊維3D一体成形織り技術」を導入しています。この技術は我が国の戦略的研究前段階の技術であり、以前は航空宇宙分野で使用されていました。技術が確立された後、最初に国家海軍に適用されました。そのため、我が国の技術発明者はその年、国家科学技術功績賞を受賞しました。現在の生産ラインは北京の重要な軍事科学研究機関にあります。既存の3Dカーボンファイバー織り技術と市場の敷設技術を比較しました。利点は、既存の敷設技術と比較して、全体的な労働コストと効率が大幅に向上することです。最終的には大量生産と低コストを実現することが目標です。この技術は、風力タービンのブレード、自動車の車体製造における軽量化モジュール、一部の部品などの業界に応用できます。無人航空機、大型旅客機、3C製品、文房具やスポーツ用品など、炭素繊維複合材の分野では大きな需要があります。鉄道輸送などの分野でも広く使用されています。私たちの業界の目標は、特に新エネルギー車の分野での車体の軽量化です。国の第13次5カ年計画の要求によると、添加剤複合材と新エネルギー車は私たちの将来の主要な開発方向であり、それらに対する明確な需要があります。
市場の見通しと利点
2020年の新エネルギー車市場の予測によると、世界の新エネルギー車は年間平均2,000万台に達し、我が国の市場は500万台以上に達すると予想されています。新エネルギー自動車業界の車体軽量化部品の市場需要から判断すると、この市場は兆単位の市場に達するでしょう。なぜ炭素繊維複合材が軽量車体に最適だと言えるのでしょうか? 炭素繊維をマグネシウム合金、アルミニウム合金、高張力鋼と比較したところ、最も軽量化効果があることがわかりました。炭素繊維は最適な代替製品です。特に新エネルギー車業界では、バッテリーが大きなボトルネックになっています。車両の重量を30％、あるいは半分に減らすことで、車両全体の航続距離が大幅に向上し、全体的なメンテナンスコストも削減できます。炭素繊維は、重量、剛性、強度の点で大きな利点があります。炭素繊維複合材が直面している問題は何でしょうか?コストが高すぎます。原材料のコストは比較的安定していますが、単一の部品の全体的なコストは他の材料よりも高くなっています。これが市場における最大の問題点です。
△BMWのカーボンファイバー部品生産ライン
カーボンファイバー素材は、BMWの車体全体のカーボンファイバー化など、車体の軽量化のさまざまな場面で使用されています。 2人で持ち上げることができ、小さな女の子がバンパーを持ち上げることができ、炭素繊維複合材の利点が強調されています。
炭素繊維3D一体成形コア技術
コア競争力は3D統合成形技術とインテリジェント製造組立ライン技術であり、技術統合を通じて、高い全体生産効率と低コストを実現します。技術的な比較を行いました。織りは炭素繊維を形成する最も伝統的な方法であり、積層は今日炭素繊維複合材を製造するより主流の方法であり、次に 3D 織り技術が続きます。

原材料コストに関しては、既存の主流技術と比較して 30% ～ 40% の節約が可能です。生産効率の面では、少なくとも2〜4倍に向上できます。同時に、損失率と人件費の面でも一定の利点があります。この表を掲載した主なポイントは、実際にカーボンファイバー軽量車体に関しては、車体の40％〜50％の軽量化を実現できることを皆さんにご理解いただきたいということです。これが究極の目標です。同時に、車体全体のコストも金属車体と同等のレベルまで削減できます。これが最も重要なことです。

これは国家科学技術功績賞の証明書であり、関連する専門技術と発表論文が含まれています。論文のタイトルが「高密度ガラス繊維布の製造方法」なのは、当時はまだ密度低下が起こっていなかったため、炭素繊維とは言えなかったからです。当時の要求はかなり厳しかったです。 チームについて
このプロジェクトを最初に完成させたのは、当社の中核技術チームの一員である呉教授です。1992年に国務院がこの予備研究技術を発行し、最初に引き継いだのは我が国の繊維分野の第一人者である黄谷氏でした。彼はチームを率いて全体的な研究を行いました。私はビッグデータとオペレーションの分野で働いています。教授とは14年間知り合いで、この業界で多くのことを学びました。かつて日本の京都工芸繊維大学で学び、長年研究を続けてきた王教授もその中に含まれています。 競合製品分析
競合製品分析では、Guangwei Composites 社と Kant Composites 社と比較します。光威複合材料は、軍事産業における国内有数の炭素繊維会社であり、その財務報告は非常に印象的です。カント複合材は炭素繊維分野で民生品を製造しており、その民生品は主に自動車の車体部品に使用されている。同社は現在廊坊に4つの工場を持ち、主に新エネルギー車の部品を生産している。また、カントコンポジッツ社の技術スタッフやマーケティング部門と話をしたところ、現在主流となっているのは積層方式だということが分かりました。今後は競争もあるでしょうが、協力できる余地や機会も増えるでしょう。この観点から、なぜ当社は既存の技術に自信があるのでしょうか。既存の技術を、例えばドイツのSGL社と比較してみましょう。BMWの自動車部品はすべてドイツのSGL社から供給されています。今年4月と5月に、Kanter CompositesはBMW SGL社を買収しました。SGLは自動車分野で炭素繊維部品を製造するのに最も優れています。当社の観点からは、製品全体の安定性を含む全体的な生産効率の面で、当社はSGLよりも優れています。もう一つの競合企業はアメリカの企業です。この会社は実験室技術を開発し、カーボンファイバーの3Dプリント技術を使って自転車のフレームを印刷しています。技術的に言えば、これは付加的な印刷プロセスです。アメリカで2000万ドル以上の資金調達を受けていますが、まだ商業化されていません。これが当社の生産ラインの一般的な状況です。実際、当社はOEMと協力して完成車や部品の設計を支援し、材料プリプレグや3D織り成形などの一連の技術を使用して設計協力を提供しています。たとえば、誰もが布製の靴を履いたことがあると思いますが、そのほとんどは接着されています。私たちの技術は、Z軸を追加するようなものです。X軸、Y軸、Z軸があり、全体の構造が変わります。
専門家のコメント王成涛：これは印刷ではなく、でっち上げたものです。あなたは付加製造の概念に沿っています。私が3D印刷についてレポートするたびに、セーターを編んでいるおばあさんがいますが、これも付加製造です。私たちの小さな女の子が何十年も前にやっていました。どうしてそれが第三の革命になるのでしょうか？付加製造は3D印刷と同じではありません。あなたのものは印刷と何の関係がありますか？何の関係もありません。何斌：私たちの境界線は少し曖昧です。私は専門家ではないので、よく理解していません。3Dプリントは技術であり、使用する材料も含まれます。粉末と液体は3Dプリントに比較的近いですが、私たちの場合は、純粋に物理的な方法、特にX軸、Y軸、Z軸の方法を使用します。これは3Dプリント技術ではなく、3D統合成形技術です。

侯傑：極秘にされており、情報もあまりありません。織りについては話しません。広東省は非常に発展しています。ただ、未来の自動車であれ、カーボンファイバーの印刷であれ、100％カーボンファイバーは言うまでもなく、60％以上のカーボンファイバーで大量生産の問題を解決し、3軸成形法を使用すれば、市場は巨大になるでしょう。相対的に言えば、3Dプリントは、何であれ熱源に基づいています。熱源に基づかない重ね合わせは、この用語、または熱源に基づく重ね合わせと呼ばれます。プロジェクトは非常に機密性が高く、写真、作業プロセス、作業プロセス、または操作セクションがないため、プロジェクトは非常に優れています。炭素繊維の分野で何を言っても誇張ではありませんが、相対的に言えば、大量生産の問題を解決することは確かに必要です。解決できれば、誰もがそれを知るでしょう。 Jiguo: 質問させてください。処理が完了した後も、オートクレーブに入れる必要がありますか? 何斌：必要はありません。紀郭：実は、あなたは3Dプリントとはまったく関係のない、カーボンファイバーの将来の市場を証明するのに多くの時間を費やしてきました。カーボンファイバーは爆発する可能性がありますが、カーボンファイバーが爆発していない理由は、特に自動車産業における工業用途では、主に2つの理由があると思います。1つは、オートクレーブに入ることです。これは時間がかかり、エネルギーを消費し、コストがかかります。第二に、自動車生産に応用する場合、自動車生産はスピードに対する要求が非常に高く、現在の伝統的な生産プロセスはすべて自動車産業の生産スピードに追いつくことができず、炭素繊維はここで障害となります。新エネルギー車業界を例に挙げてみましょう。車に注目するのではなく、新エネルギー車に搭載されているバッテリーに注目した方が良いでしょう。例えば、CATLの今後の方向性としては、バッテリーケースをアルミ合金ケースから複合材料ケースに変更することであり、これは車両全体よりもはるかに早く達成される可能性があります。新エネルギー車の炭素繊維複合材料ケースの将来市場だけを見ると、車両全体の構造部品市場よりも現実的になると思います。何斌：市場での位置づけについて言えば、先ほども言ったように、新エネルギー車業界ではこの市場は非常に巨大です。私たちはFAW、SAIC、CRRCの専門家とコミュニケーションを取ってきました。彼らには需要があるのですが、どうやって突破すればいいのかがわかっていません。おっしゃる通り、バッテリーケースの重量を減らす方が良いでしょう。上海を含め、Jingnong（音響）グループと共同で製造した圧力タンクは、全体的な設計上の要件がそれほど高くないため、この市場に参入しやすいです。実際、私たちにとって、スポーツ用品業界もターゲット産業の1つです。簡単に言えば、発展して生き残りたいのであれば、スポーツ業界から始めるべきです。有名な大手スポーツ用品会社がかつて私たちの教授にこの問題について相談に来ました。製品からの迅速な資本回収の観点から、スポーツ業界は私たちにとって最も速いです。王成涛教授が問題に触れました。この技術の写真はありません。私たちは新興チームで、今年になって市場に参入し始めたばかりです。この技術は今年になってようやく完全に民生用に移行しました。サウジアラビアとベルギーの世界クラスのフォーチュン500企業2社と連絡を取りました。彼らは私たちに電話して、私たちの製品を見たいと言ってきましたが、当局の都合で、生産ラインを見るために持ち込むことはできないと言われました。これが私たちの悩みの種です。私たちは今、小さなプロトタイプの形で業界企業に私たちの技術を見せる必要があります。この問題が解決されれば、市場は巨大になります。私たちが考えているのは、組立ライン生産の問題をどう解決するかということです。織物を織るのと同じように考えることができます。私たちは糸を使ってセーターなどを織っていますが、それを炭素繊維の生糸に置き換えています。それをさまざまな製品にすることが利点です。中国では繊維技術が数千年の歴史を持ち、中国は最も進んだ繊維技術を持つ国です。それを組立ライン生産に取り入れ、炭素繊維に置き換え、独自のソフトウェア技術を加えることが、現在の問題を解決する鍵となります。

炭素繊維の3D統合織り技術が軍民融合の機会をもたらす

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