供稿人：曹漢杰、田小永 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2022-01-28
3D打印作為一種用于制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品的技術(shù)，對各個(gè)行業(yè)和制造業(yè)的爆炸性發(fā)展和影響越來越大，但仍有幾個(gè)缺點(diǎn)使其不適合完全替代傳統(tǒng)制造方法。包括制造速度慢，后處理高需求。而智能材料3D打印使設(shè)計(jì)能夠隨著時(shí)間的推移而變形并減輕對支撐結(jié)構(gòu)的需求。這種經(jīng)濟(jì)和時(shí)間有效的技術(shù)，可創(chuàng)建隨時(shí)間變換的可編程對象。目前與其他工業(yè)部門相比，3D打印在時(shí)尚行業(yè)應(yīng)用尤為困難。
韓國首爾國立大學(xué)紡織及時(shí)裝設(shè)計(jì)學(xué)院的Jihye Deborah Kang和Sungmin Kim團(tuán)隊(duì)研究并開發(fā)了一種利用紡織混合結(jié)構(gòu)的新型3D打印方法，在沒有支撐的情況下生成3D打印對象。通過使用織物張力和殘余應(yīng)力，打印出沒有支撐結(jié)構(gòu)的曲面面板；同時(shí)研究開發(fā)出服裝面板打印機(jī)（GPP）軟件，進(jìn)行建模和打印。其中紡織基材使用77%尼龍和23%氨綸的合成針織面料，絲材采用1.75mm的柔性PLA長絲。以圖1（a）中雙面板單元結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，它的形狀設(shè)計(jì)為兩個(gè)方形面板共享一側(cè)，折疊時(shí)可形成彎曲表面。結(jié)合板的彎曲能力和布料的彈性特性來確定單面板參數(shù)與傾斜面角度。按圖1（b）所示將織物拉伸固定于打印底板上，在預(yù)拉伸織物上進(jìn)行3D打印。一旦織物從打印底板上取出，織物的殘余應(yīng)力助于產(chǎn)生曲率，形成彎曲形狀。該團(tuán)隊(duì)目前已開發(fā)出專用軟件（GPP），用于設(shè)計(jì)和打印紡織混合結(jié)構(gòu)，如圖1（d）所示，該軟件可將扁平結(jié)構(gòu)模型印在預(yù)應(yīng)變織物上，自動(dòng)計(jì)算形成適當(dāng)曲率所需的單元三角形面板之間角度，打印面板與設(shè)計(jì)模型高度一致。減少了傳統(tǒng)3D打印過程中所需的支撐結(jié)構(gòu)時(shí)間與材料。
圖1 紡織混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與3D打印制造