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3D編組生地は、 3組の直交する糸を編み込むことで形成された、3方向すべてに糸が通っている生地です。[1] 3次元編組生地の繊維構造は、高い強度、剛性、構造的完全性を提供し、幅広い用途に適しています。3D生地は、織り、編み、非織りのプロセスで製造できます。
歴史
3D 編みは、繊維加工の中でも最も古く、最も重要な工程の 1 つであり、小さな天然繊維をより機能的な形状に変化させます。ロープなど、3D 編みに使用される布地は、紀元前 4,000 年から使用されています。
1748年、イギリスで最初の3D編組機の特許が取得されました。当時のほとんどの3D編組機は、2D編組機を改良して開発されました。1767年には、3D織物とは異なる特性を持つ2次元織物を生産する最初の編組機がドイツで登場しました。1960年代には、米国政府、産業界、学術研究者が、炭素繊維複合材などの複合材料プリフォームの製造に使用する3D編組機を開発しました。[2]
プロパティ
3D編組は機械的および構造的特性が向上しています。3D編組の重要な特徴は、さまざまな複雑な形状を形成できることです。複雑な構造形状を直接製造することで、ジョイント、オーバーラップ、スプライスを形成するための切断プロセスを排除できます。3D編組生地は、高いねじり安定性と構造的完全性を備えています。[3]
製造技術
トラックプレートは機械の底部にあります。軸糸を供給するパッケージはトラックプレートの下にあります。ボビンはキャリアに取り付けられており、ホーンギアによってトラックプレート上で押されます。編組糸はこれらのボビンから供給されます。編組糸と軸糸の相対的な動きによって、編組のパターンと構造が決まります。[3] 3D編組プロセスは2D編組プロセスの小さな変更であり、動いている編組糸に立っている端が追加されます。最も重要な3D編組技術については以下で説明します。[4]
円形編みとオーバー編み
円形編組では、ボビン（回転方向が反対）が2つの同心円軌道上を動きます。2つの軌道が干渉して位相のずれた正弦波振動を形成し、糸のパターンと交差点を決定します。この交差点で、ボビンは経路を変えて編組の上部と内側を作ります。一般に、円形編組プロセスでは回転対称の編組が作られます。オーバーブレイディングプロセスは円形編組プロセスと同じ原理に従いますが、唯一の違いは交差点が中央にあることです。[4]
4段階の編み込み工程
このプロセスでは、ボビンは互いに直交するX軸とY軸上を移動します。各ステップで、ボビンは両軸と両方向で隣接する交差点に移動し、特定の時間間隔で停止します。編組フィールドの基本的な配置は、最低4つのステップで得られます。この方法では、一定の断面を持つ編組が作られます。[4]
2段階の編み込み工程
2段階編組プロセスでは、ボビンは止まることなく連続的に動きます。ボビンはトラックプレート上を構造全体と直立端の周りを移動するため、4段階編組プロセスと比較するとボビンの動きが速くなります。ボビンは2方向にしか移動できないため、このプロセスは2段階編組プロセスと呼ばれます。[4]
3Dロータリー編み
3Dロータリー編組プロセスは、ホーンギアと可動ボビンが配置されたベースプレートで構成されています。スイッチを使用して、糸とホーンギアの位置を制御します。[4]
3D編組織物の用途
3D編組織物は、医療、航空宇宙、自動車、列車部品、強化ホースなどの分野で応用されています。[5] 3D編組織物の最初の開発は、複合材産業と医療産業から始まりました。 3D編組織物は、さまざまな断面で製造でき、ほぼネットの複雑な形状により、両方の産業向けに非常に特殊な製品を設計できるようになりました。[6] ヘリコプターでは、梁、サンドイッチ構造、フレーム、パネルなどの一般的な構造部品は、3D編組プロファイルを使用して製造されています。同様に、3D織物は、乗用車の複雑な梁構造とフロアパネルの製造に使用されます。列車構造の場合、3D編組プロファイルから製造されるさまざまな部品には、ルーフパネル、内装部品、サイドパネル、車体構造が含まれます。
医学では
医療業界では、3D編組織物はステントグラフト、分岐ステント、腕と脚の義肢、編組縫合糸に応用されています。外科医は当初、分岐部狭窄の治療に2つの別々のインプラント手順を使用していましたが、これは時間のかかる作業でした。3D編組織物の登場により、分岐部狭窄の治療に複数の樹状突起円形編組が作られ、柔軟性が高く、時間がかかりません。複数の管状編組構造により、さまざまな心血管インプラントを製造できます。[7]
強化複合材の製造において
編組は、大量生産が可能で低コストの複合材料を製造するためのユニークな技術です。[8] 3D編組布を補強材として使用することで、複雑な形状を安価に製造できます。3D編組強化複合材料は、高い層間剥離耐性も示します。[9]
参考文献
- ^ M、Subramanian Senthil Kannan、Kumaravel S (2008)。「3D ファブリックの包括的な考察」The Indian Textile Journal。
- ^ Branscomb, David, David Beale、Royall Broughton(2013)。「編み込みの新しい方向性」The Journal of Engineered Fibers and Fabrics (JEFF) 8.2: 1-24。
- ^ ab Du, G.-W.、および FK Ko(1993)。「3D編組構造の単位セル形状」強化プラスチックおよび複合材料ジャーナル12.7: 752-68。
- ^ abcde ウルフホルスト、ブルクハルト;トーマス・グリースとディーター・ファイト (2006)。「繊維技術: 編組プロセスと機械」。繊維技術。 Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG: 188–204。土井：10.3139/9783446433472.007。ISBN 978-3-446-22963-1。
- ^ Drechsler.K (1999)。「輸送業界向け 3D 繊維強化複合材料」複合材料における 3D 繊維強化。43-66 ページ。
- ^ Tong, Liyong, Adrian P. Mouritz、Michael K. Bannister (2002). 3D繊維強化ポリマー複合材料.137-146.
- ^ Schreiber, F., FK Ko, HJ Yang, E. Amalric, T. Gries (2009). Proc. of 17th International Conference on Composite Materials, UK, Edinburg.
- ^ Branscomb, David、David Beale、Royall Broughton。(2013) (「編み込みの新しい方向性」) (「Journal of Engineered Fibers and Fabrics 8.2」)
- ^ Mouritz, Ap, Mk Bannister, Pj Falzon、Kh Leong(1999)。(「先進的な3次元繊維織物複合材料の応用レビュー」) 複合材料パートA: 応用科学および製造 30.12: 1445-461。
外部リンク
- インドテキスタイルジャーナル