3Dニット：先進テキスタイルの未来

革新的なエンジニアチームは、複雑な形状と構造を作り出すことができる新しい3Dステッチングマシンを開発しました。彼らの設計は計算ファブリケーション研究の限界を押し広げ、より耐久性が高く機能的なテキスタイルへの道を開きます。

以下では、3Dプリントニットが服に対する考え方を変える可能性と、今後数年間でテキスタイル業界全体に与える影響について説明します。

2025年の世界テキスタイル市場の成長

最近のレポートによると、テキスタイル産業は今年末までに1.07兆ドルを超える規模になると予測されています。この成長は複数の重要な要因に起因しています。デジタル印刷とデザインの最近の進歩、そしてAIの統合により、メーカーは耐久性を損なうことなく生産量を増やすことができました。

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服は最も身近なアイテムの一つであることを考えると、快適さ、耐久性、手頃さを向上させるための研究が盛んになるのは当然です。現在の最先端テキスタイルは、わずかな保温以上の多くの機能を備えています。

スマートテキスタイル

スマートテキスタイルは市場を革命的に変える可能性があります。これらの次世代糸は、機能性を高めるためにセンサーやその他のコンポーネントが統合されています。例えば、導電性繊維を使用して心拍や温度などの外部刺激をモニタリングする目的別のシャツがあります。

例えば、選手がリアルタイムでモニタリングできるユニフォームを着用するスポーツチームを想像してください。コーチはこの技術を使って選手の疲労状態を把握し、過度に疲れたり怪我をしたりする前に交代させることができます。同様の技術は医療患者や兵士、その他多くの用途にも応用可能です。

現在のテキスタイル製造方法（およびその限界）

現在のテキスタイル製造戦略は、デザイナーを表面形状のみに制限しています。これらのシステムは何世紀にもわたり改良されてきましたが、今日の産業用編み機と織機は2D編みの限界を押し広げています。

現在、業界標準の編み機はループを自動的に形成し、フィーダーアームが別の糸を通す間それを維持できます。これらの機械は針ペアを使用し、プロセス中にループを保持します。特筆すべきは、これらの機械は左右交互のパスしかサポートできないことです。

ソリッドニッティングとは？

ソリッドニッティングは計算ファブリケーション研究の最前線を示しています。従来の編みプロセスを拡張し、完全な3Dデザインを可能にします。このタスクを実現するために、ソリッドニッティング機は少なくとも2つの追加ステッチを加えます。

これらのシステムは高度なアルゴリズムを使用し、エンジニアが複雑な3D表面やメッシュを編むことを可能にします。このような複雑な編み構造は、布地の新たな利用ケースへの道を開きます。例えば、センサーに圧力をかけたり、転倒時にクッションとして機能するように編まれたスマートテキスタイルを想像してください。

これらのシステムは将来の義肢を駆動したり、独自のファブリックインフラを開発したり、必要に応じて特定の条件に適応できる耐久性の高い衣服を実現する可能性があります。ソリッドニッティングはまだ開発段階にあり、大規模採用を実現するためにエンジニアが克服すべき課題がいくつかあります。

ソリッドニッティングプロセスの現在の課題

ソリッドニッティング設計の主な問題の一つは、単一のミスがプロジェクト全体の破棄につながることです。張力やパターンに応じて、克服すべき幾何学的制限があります。また、ソフトウェアや対応デバイスの不足が採用を制限しています。

まず、ソリッドニッティングの設計プラットフォームはほとんど存在せず、糸の物理的挙動をプログラムするのが非常に難しいためです。そのため、ソリッドニッティング機のプログラミングは労働集約的で、100時間以上かかることもあり、コストと効率に影響を与えます。

3Dプリントニッティング研究の内部

「Using an Array of Needles to Create Solid Knitted Shapes¹」研究は、専用デザインツール、カスタム3D編み機、アクチュエータを組み合わせ、糸だけでソリッドボリュームを作り出す3D編みプロセスを紹介しています。

この開発により、エンジニアは必要な場所で伸縮したり、耐久性を高めるために硬化したりする衣服を作ることが可能になります。これらの機械的機能は体積を利用して追加機能を実現し、センサーを統合してさらなる能力を付加できます。

カスタムニードルマシン

研究者は6×6のプロトタイプを設計・製作し、体積印刷戦略を実証しました。このユニークな装置はマルチベッドで対称的なダブルフック設計を統合しています。さらに、ユニットはアクチュエータを使用して各針を個別に操作できます。

ソース – Carnegie Mellon Textiles Lab

そこから、チームはRaspberry Pi Picoをベースにしたカスタマイズ可能なデザインボードの作成とプログラミングに取り組みました。このボードの主な役割は、システム内のすべての針とフックを制御する72個のモーターを監視することです。具体的には、各リンクには8つのモーターが搭載されています。

糸

布地を追加する際、糸は機械に供給され、2つのスイーピングアームがそれを掴んでトランスファーグリッパーに送ります。これらの二重グリッパーはさらにコンパクタに渡し、フィーダーが最適な張力と供給速度を決定します。

プロセス

エンジニアは、ループ転送ツール、独自のマルチニードルトレイ、そしてバックフックを利用して糸を捕捉するダブルフック設計の組み合わせにより、従来のソリッドニッティングプラットフォームで課題となっていたループ安定性の問題を克服しました。

3Dプリントニッティングテスト

チームはまず、独自のデザインソフトウェアを活用していくつかの異なる3D編み手法を開発しました。彼らのデザインは垂直と水平のパターンを組み合わせて形状を作り出しました。プロトタイプは行方向のデザインを統合し、編みを事前に決められた形状に構築しました。

特筆すべきは、チームがさまざまな編み方でデバイスをテストしたことです。具体的には、従来の編み、水平編み、ソリッド編みを試しました。彼らの目標は、デザインソフトウェアを用いて、将来的に着用者に追加機能を提供できる精巧なデザインを作成することです。

3Dプリントニッティングテスト結果

テストフェーズは終了し、驚くべき結果が得られました。まず、チームはデバイスがステッチ間の接続から生じる微細構造を信頼性高く一貫して作成できることを証明しました。これらのソリッドステッチ形状は、剛性やその他の重要な特性を調整できるよう設計されています。特に、彼らの3D編み機は従来の機械では対応できない高度な形状をいくつか作り出すことができました。

3Dプリントニッティング技術の利点

この研究がテキスタイル市場にもたらす利点は多数あります。まず、正確な3Dプリントソフトウェアと製造方法の開発に向けたさらなる研究の道を開きます。このプロトタイプは比類なき柔軟性を提供し、ステッチ接続の制約を減らしたデザインを可能にします。

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低コスト

研究者は手頃で入手しやすい部品の使用に注力したことで、設計の低コスト化を実現しました。チームはモジュール化と独自ソフトウェアを活用し、ソリッド印刷構造とデザインをサポートする低コストの3D印刷手法を作り上げました。

3Dプリントニッティングの実世界応用とタイムライン：

このスタイルのテキスタイル製造には多くの応用があります。まず、必要な箇所で伸縮し、他の箇所でクッション性を提供する布地の作成が可能になります。例えば、追加の布を縫い付けるのではなく、編み配置だけで特定の部位にパッドを加えたジーンズを想像してください。

医療応用

このソリッド印刷は将来的にスマートテキスタイルに統合されます。この統合により、リアルタイムトラッキングなどの機能が可能となり、スマートウェアのモニタリングと安全性が向上します。さらに、特定のステッチデザインは、布地内のセンサーやスマートコンポーネントを保護するために使用できるでしょう。

3Dプリントニッティングタイムライン

この技術は今後5年以内に市場に出ると予想されます。チームが入手しやすい素材を活用したことは、技術のアクセスしやすさと低コストを示しています。しかし、プロジェクトを大規模に拡大する前に、エンジニアが解決すべき課題はまだ多数あります。

まず、編みループが閉じるのを防ぐ作業が多く残っています。さらに、チームはこれは単なる概念実証であり、新しい製造方法の真のスケーラビリティを検証するための研究がまだ必要であると指摘しています。

3Dプリントニッティング研究者

ソリッドニッティング研究は、François Guimbretière、Victor F Guimbretière、Amritansh Kwatra、Scott E Hudson によってまとめられました。これらのエンジニアは、ソリッドニッティングに関する最新の研究にインスピレーションを与えた過去のプロジェクトをいくつか引用しています。

3Dプリントニッティングの未来

チームの次のステップは、ループ強度の向上方法を見つけることです。現在のセットアップは他のアプローチに比べて大幅に改善されていますが、エラーなく体積デザインを一貫して作成するためにはまだ調整が必要です。

テキスタイル市場への投資

テキスタイル産業は、あらゆる手段で競合他社に対して優位性を獲得しようとする競争相手で溢れています。そのため、革新的な製造プロセス、スマートマーケティング、そして継続的なイノベーション支援により、市場のトップに位置を確保した企業がいくつか存在します。

DuPont de Nemours

デラウェア州拠点のDuPont de Nemoursは1802年に市場に参入しました。創業者のÉleuthère Irénée du Pontは、米軍に火薬を供給することを目的として事業を開始しました。DuPontはこの事業で大成功を収め、当時米軍最大の火薬供給者へと成長しました。

1900年代初頭に同社は化学・材料科学へと事業転換しました。その後、ネオプレン合成ゴム、初の本格的合成繊維であるナイロン、テフロンなど、数々の革新的製品を次々と生み出しました。

2017年に同社はDow Chemicalと合併しましたが、3年後に事業領域に基づき3つの独立した企業に分割されました。具体的には、DuPontは特殊製品に注力し、Dowは材料科学、Cortevaは農業化学品を手掛けました。

DuPontは材料イノベーションの指標であり続けますが、Shima SeikiやArkemaといった新興企業が3D編みと付加的テキスタイル製造を商業化に近づけています。

最新のDuPont de Nemours（DD）株式ニュースとパフォーマンス

3Dプリントニッティング – 結論

体積的な編み形状を作成できることは、先進的な安全服など多くの興味深い展開につながります。これらの3D形状デザインは氷山の一角に過ぎず、今後数か月でこのデバイスがさらに複雑な編みを生み出し、芸術の境界を新たな高みへと押し上げることが期待されます。

他のクールな3Dプリントの進歩について こちら。

参考文献

^{1. François Guimbretière, Victor F Guimbretière, Amritansh Kwatra et Scott E Hudson. 2025. Using an Array of Needles to Create Solid Knitted Shapes. In Proceedings of the 38th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, Article 100, 1–11. https://doi.org/10.1145/3746059.3747759}