世界保健機関（WHO）の統計によると、世界中で数千万人が義肢を必要としています。この人口は2050年までに倍増すると予想されています。国や年齢層によって異なりますが、義肢を必要とする人の70%は下肢です。現在、高品質の繊維強化複合材義肢は、複雑な手作業による製造工程に伴う高コストのため、ほとんどの下肢切断患者には入手できません。ほとんどの炭素繊維強化ポリマー（CFRP）製義足は、複数の層を積層することで手作業で作られています。プリプレグ金型に流し込み、ホットプレスタンクで硬化させ、その後トリミングとミリングを行うという、非常にコストのかかる手作業の工程です。
技術の進歩により、複合材料の自動製造設備の導入により、コストの大幅な削減が期待されています。複合材料製造の主要プロセスであるファイバーワインディング技術は、高性能複合材料義肢の製造方法に変革をもたらし、より効率的かつ経済的な製造方法を実現します。
ファイバーラップテクノロジーとは何ですか?
繊維巻き取りは、連続繊維を回転するダイまたはマンドレルに巻き取るプロセスです。これらの繊維はプリプレグ予め含浸させた樹脂または含浸樹脂巻き取り工程では、設計で要求される変形および強度条件を満たすように、繊維は特定の経路と角度で巻き取られます。最終的に、巻き取られた構造は硬化され、軽量で高強度の複合部品が形成されます。
ファイバーラップ技術の義肢製造への応用
（1）効率的な生産：ファイバーワインディング技術は自動化と精密な制御を実現し、義肢の製造を大幅に高速化します。従来の手作業による生産と比較して、ファイバーワインディングは短時間で大量の高品質な義肢部品を生産できます。
（2）コスト削減：ファイバーワインディング技術は、生産効率と材料利用率の向上により、義肢の製造コストを大幅に削減できます。この技術の導入により、義肢のコストを約50%削減できることが報告されています。
（3）性能向上：ファイバーワインディング技術は、繊維の配列と方向を精密に制御し、義肢の機械的特性を最適化することができます。炭素繊維強化複合材（CFRP）製の義肢は、軽量であるだけでなく、非常に高い強度と耐久性を備えています。
(4) 持続可能性：効率的な製造プロセスと材料利用により、ファイバーワインディング技術はより環境に優しいものとなります。さらに、複合材義肢の耐久性と軽量性は、資源の無駄と使用者によるエネルギー消費の削減にも役立ちます。
ファイバーワインディング技術の継続的な進歩により、義肢製造への応用はより有望視されています。将来的には、よりスマートな生産システム、より多様な材料選択、そしてよりパーソナライズされた義肢設計が期待されます。ファイバーワインディング技術は、義肢製造業界の発展を促進し続け、世界中の義肢を必要とする何百万人もの人々に恩恵をもたらすでしょう。
海外研究進捗状況
義肢製造のリーディングカンパニーであるStepticsは、CFRP義肢の生産を工業化し、1日数百個の部品を生産できる体制を整えることで、義肢のアクセシビリティを飛躍的に向上させました。同社はファイバーワインディング技術を活用することで、生産性を向上させるだけでなく、製造コストを削減し、より多くの人々が高性能な義肢を手頃な価格で入手できるようにしています。
Steptics の炭素繊維複合材義肢の製造プロセスは次のとおりです。
（１）まず、下図のように繊維巻き法を用いて大きな成形管を作成します。繊維には東レのT700カーボン繊維を使用します。
（２）チューブが硬化・成形された後、チューブは複数のセグメントに切断され（左下）、次に各セグメントがさらに半分に切断されて（右下）、半製品が得られます。
（３）後工程では、半完成部品を個別に機械加工し、その過程でAI支援カスタマイズ技術を導入して、形状や剛性などの特性を個々の切断者に合わせて調整します。
上海オリセン新材料技術有限公司
M: +86 18683776368（WhatsAppも）
電話番号:+86 08383990499
Email: grahamjin@jhcomposites.com
住所：上海市松江区新浜鎮新緑路398号
投稿日時: 2024年6月24日