供稿人：曹汉杰、田小永 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-01-28
3D打印作为一种用于制造具有复杂结构的产品的技术，对各个行业和制造业的爆炸性发展和影响越来越大，但仍有几个缺点使其不适合完全替代传统制造方法。包括制造速度慢，后处理高需求。而智能材料3D打印使设计能够随着时间的推移而变形并减轻对支撑结构的需求。这种经济和时间有效的技术，可创建随时间变换的可编程对象。目前与其他工业部门相比，3D打印在时尚行业应用尤为困难。
韩国首尔国立大学纺织及时装设计学院的Jihye Deborah Kang和Sungmin Kim团队研究并开发了一种利用纺织混合结构的新型3D打印方法，在没有支撑的情况下生成3D打印对象。通过使用织物张力和残余应力，打印出没有支撑结构的曲面面板；同时研究开发出服装面板打印机（GPP）软件，进行建模和打印。其中纺织基材使用77%尼龙和23%氨纶的合成针织面料，丝材采用1.75mm的柔性PLA长丝。以图1（a）中双面板单元结构为基础，它的形状设计为两个方形面板共享一侧，折叠时可形成弯曲表面。结合板的弯曲能力和布料的弹性特性来确定单面板参数与倾斜面角度。按图1（b）所示将织物拉伸固定于打印底板上，在预拉伸织物上进行3D打印。一旦织物从打印底板上取出，织物的残余应力助于产生曲率，形成弯曲形状。该团队目前已开发出专用软件（GPP），用于设计和打印纺织混合结构，如图1（d）所示，该软件可将扁平结构模型印在预应变织物上，自动计算形成适当曲率所需的单元三角形面板之间角度，打印面板与设计模型高度一致。减少了传统3D打印过程中所需的支撑结构时间与材料。
图1 纺织混合结构设计与3D打印制造