<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van textielmateriaal.
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van textielmateriaal.
Sinds eeuwen worden weefsels vervaardigd door draden volgens verschillende patronen in elkaar te weven. Deze weefsels zijn tweedimensionaal. Voorwerpen van textiel, in het bijzonder driedimensionale voorwerpen, zoals kledingstukken worden vervaardigd uitgaande van deze tweedimensionale weefsels door knippen en stikken. Dit alles is tijdrovend en vergt meestal dure machines.
Er zijn wel robotten bekend die weefsels uit glasvezels weven rond een driedimensionaal model, maar deze weefsels worden geïmpregneerd of bekleed met een hars. Deze robotten zijn duur en voor elke andere vorm is een ander model vereist.
Een andere techniek voor het vervaardigen van textielmateriaal is breien. Ook voor het breien worden relatief dure machines gebruikt. Hier is het eveneens bekend driedimensionale gebreide voorwerpen te breien, maar de mogelijke toepassingen zijn beperkt, bijvoorbeeld tot kousen, en deze toepassingen vergen nog duurdere machines.
Deze uitvinding heeft een werkwijze voor het vervaardigen van textiel als doel die voornoemde nadelen niet bezit en toelaat op een snelle manier, zonder dure machines, textiel
<Desc/Clms Page number 2>
te vervaardigen, zowel als textielstof als rechtstreeks in de vorm van een driedimensionaal voorwerp van textielmateriaal.
Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat het textielmateriaal wordt vervaardigd uitgaande van een digitaal ontwerp door middel van snelle vervaardigingtechnieken van prototypes, zogenoemde "Rapid Prototyping".
Dergelijke technieken zijn bekend voor het vervaardigen van mechanische prototypes van voorwerpen. Met deze technieken kunnen evenwel zeer fijne structuren vervaardigd worden, zoals bijvoorbeeld beschreven in het Belgisch octrooi nr.
1. 008.128. Onverwacht is het dergelijke technieken te gebruiken voor het vervaardigen van textielmateriaal dat, in tegenstelling tot voornoemde prototypes, uit draden bestaat en flexibel is.
Door het gebruik van snelle vervaardigingtechnieken van prototypes, hierna "Rapid Prototyping" genoemd, kunnen niet alleen stoffen uit textiel met uiteenlopende patronen worden vervaardigd, maar ook twee- en driedimensionale voorwerpen uit textielmateriaal zoals een kledingstuk, een lampkap en dergelijke, en dit zonder enige naad.
Bij voorkeur wordt in een eerste stap met behulp van een computer een digitale beschrijving van het oppervlak van het textielmateriaal ontworpen, wordt in een tweede stap een textielpatroon op dit oppervlak geprojecteerd zodat een driedimensionaal computermodel wordt verkregen en wordt in
<Desc/Clms Page number 3>
een volgende stap het eigenlijke textielmateriaal met Rapid Prototyping uitgaande van dit computermodel vervaardigd.
Na de tweede stap kan het textielmateriaal digitaal eventueel in een kleinere vorm samengevouwen of ineengeschoven worden.
In een andere uitvoeringsvorm wordt eerst met behulp van een computer een digitale beschrijving van het oppervlak van het textielmateriaal ontworpen, en vervolgens op basis van deze beschrijving, het textielmateriaal door Rapid Prototyping vervaardigd, waarbij tijdens het in schijfjes snijden van het digitale oppervlak bij deze Rapid Prototyping, een textielpatroon gegenereerd wordt en digitaal op de sneden geprojecteerd wordt.
De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting die bijzonder geschikt is voor het toepassen van de werkwijze volgens een van de vorige uitvoeringsvormen.
Deze inrichting kan twee vaten bevatten met een platform dat door een liftmechanisme op en neer verplaatsbaar is, en boven de vaten een koker bezit met daarboven een scanner (waarmee een laser samenwerkt, terwijl middelen aanwezig zijn om de vaten en de koker ten opzichte van elkaar te verplaatsen zodat de koker achtereenvolgens boven het ene vat en boven het andere gelegen is).
In een andere uitvoering is de inrichting een 3Dprintmachine die een vat in de vorm van een pijp bevat die onder een bovenste gedeelte, dat verwarmd wordt, versmalt,
<Desc/Clms Page number 4>
een persplaat die op dit gedeelte kan gedrukt worden en boven dit gedeelte een scanner en een laser.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van textielmateriaal volgens de uitvinding beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:
Figuren 1 tot 4 computermodellen weergeven van stukken textielstof vervaardigd volgens de uitvinding;
Figuren 5 en 6 twee computermodellen van lampkappen weergeven die volgens de uitvinding worden vervaardigd ;
Figuur 7 het computermodel van de lampkap van figuur 6 weergeeft in ineengeschoven toestand;
Figuur 8 het computermodel weergeeft van een stuk textielmateriaal met losse elementen;
Figuur 9 het stuk textielmateriaal van figuur 8 weergeeft na vervaardiging en met de elementen ten opzichte van elkaar vergrendeld;
Figuren 10 tot 12 schematisch een inrichting weergeven voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding, in drie verschillende toestanden;
Figuur 13 schematisch een andere uitvoeringsvorm van een inrichting voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding weergeeft.
<Desc/Clms Page number 5>
Voor het vervaardigen van textielmateriaal volgens de uitvinding wordt in een eerste stap met behulp van een computer een digitale beschrijving, in het bijzonder een CAD-beschrijving, van het gewenste tweedimensionale of driedimensionale oppervlak uit textielmateriaal ontworpen.
Een tweedimensionaal oppervlak is een plat vlak van een textielstof, terwijl een driedimensionaal oppervlak bijvoorbeeld een cilindrisch of conisch vlak is van bijvoorbeeld een lampkap of een ingewikkelder oppervlak van bijvoorbeeld een kledingstuk.
Als tweede stap wordt een textielpatroon, dit is in het bijzonder een weef-, brei- of haakpatroon, gekozen en op dit beschreven oppervlak geprojecteerd zodat een driedimensionaal computermodel met dit patroon wordt verkregen.
Dit kan gebeuren door het oppervlak te vervangen door een aantal driedimensionale objecten of basis geometrische eenheden.
Voor een vlak oppervlak zijn de lokale parameters dezelfde in elk punt van het oppervlak. Een aantal 'controlepunten' kan worden bepaald op het oppervlak en al deze controlepunten kunnen worden vervangen door één en dezelfde basisentiteit van het textielpatroon. Door de positie van de controlepunten en hun onderlinge afstand op een geschikte manier te kiezen, kan het driedimensionale patroon gemanipuleerd worden, bijvoorbeeld tot een minimum volume of tot een ineengezakte weergave. Dit is ook
<Desc/Clms Page number 6>
mogelijk met cilindrische, sferische en toroidale oppervlakken.
Voor meer ingewikkelde oppervlakken, bijvoorbeeld zogenoemde NURBS (Non Uniform Rational B-splines), moet, afhankelijk van de lokale parameters van het oorspronkelijke oppervlak, bijvoorbeeld de lokale buiging, en de manier van verbinden van de verschillende entiteiten aangepast worden om een uniform patroon van objecten te verkrijgen die elkaar niet snijden. Deze aanpassing kan worden verkregen door de geometrie van de basisentiteit te wijzigen of door het type van verbinding tussen de entiteiten te wijzigen, bijvoorbeeld twee in plaats van één verbindingspunt.
Om een tweedimensionaal oppervlak om te vormen in een driedimensionaal patroon, kan een UV-parameterisatie van het oppervlak worden uitgevoerd. In een dergelijk, door UVparameterisatie verkregen oppervlak, kan elk punt ervan voorgesteld worden door zijn tweedimensionale UVcoördinaten en omgekeerd stemt met elk stel UV-coördinaten een driedimensionaal punt van het oppervlak overeen.
Hetzelfde algoritme kan nu worden gebruikt als voor voornoemde vlakke oppervlakken, met dit verschil dat de basisentiteiten berekend zullen worden in een lokaal coördinatenstelsel dat berekend is op het originele oppervlak en dat afhankelijk is van het lokale gedrag, bijvoorbeeld de buiging. Dit betekent dat in complexe dubbel gebogen oppervlakken, bijvoorbeeld NURBS, elke entiteit in het patroon verschillend zal zijn van zijn naburige entiteiten, hetgeen het virtueel onmogelijk maakt
<Desc/Clms Page number 7>
het manueel of met minder gebruik van een computer te ontwerpen of te vervaardigen.
De meeste snelle vervaardigingtechnieken van prototypes vereisen een triangulatie STL (Standard Triangular Language) bestand van het te bouwen object. Een STLvoorstelling van een volledig patroon zal veel computerruimte (RAM of schijfruimte) in beslag nemen.
Evenwel kan, door de hiervoor beschreven manier, het volledige patroon nu weergegeven worden door een lijst van coördinaatstelsels waarin telkens dezelfde basisentiteit moet gebouwd worden. Op deze manier is slechts één exemplaar van het object vereist. Alle andere exemplaren worden opnieuw berekend op het ogenblik dat ze nodig zijn.
Aldus wordt veel computer geheugen en schijfruimte gespaard.
Het resultaat van de hiervoor beschreven projectie in 3D is een driedimensionaal model met een gesloten oppervlak, bijvoorbeeld in STL-formaat. De computer kan een 3D-beeld van het toekomstige object of voorwerp genereren, wat toelaat het ontwerp te bekijken vooraleer te starten met de snelle vervaardigingstechniek van prototypes of 3Ddruktechnieken.
In figuren 1 tot 6 zijn enkele voorbeelden weergegeven van computermodellen van textielobjecten met patronen die kunnen vervaardigd worden. Deze patronen kunnen dezelfde zijn van textielpatronen die met behulp van klassieke textielmachines kunnen vervaardigd worden, maar ze kunnen
<Desc/Clms Page number 8>
ook nieuw zijn en zelfs van dergelijke aard dat ze niet door deze textielmachines te vervaardigen zijn.
Zo kunnen net- of kettingachtige patronen waarin de basiselementen bestaan uit kleine ringen of hexagonen of andere gesloten vormen vervaardigd worden. Eindloze draden kunnen evenwel ook gevormd worden en voorwerpen daaruit kunnen uit één enkele draad zonder begin noch einde gevormd worden. Het textielmateriaal kan ook bestaan uit open ringen van variërende lengte.
De draden zelf kunnen over hun lengte in dikte en/of doorsnede variëren. In éénzelfde object kunnen verschillende patronen aanwezig zijn, bijvoorbeeld om verschillende buigingen of verschillende eigenschappen van het eindproduct te verkrijgen. Indien het voorwerp een kledingstuk is, kunnen gedeelten ervan van een sluitmechanisme voorzien worden.
In de figuren 1 tot 4 zijn de objecten computermodellen van stukken stof. In figuur 5 is het computermodel een cilindrische lampkap 1 met een draad met variërende dikte en in figuur 6 een conische lampkap 2. Voor de eenvoud werd in figuur 6 slechts een gedeelte van het textielmateriaal in detail weergegeven. Het is duidelijk dat de volledig lampkap 2 uit dit textielmateriaal is.
Na de creatie van het 3D-computer model wordt meestal als derde stap het textielmateriaal digitaal in een kleinere vorm samengevouwen of ineengeschoven. Dit geschiedt door de botsing te berekenen tussen twee deeltjes door hun gewicht,
<Desc/Clms Page number 9>
wrijving, elasticiteit en dergelijke en de nodige natuurkrachten zoals de zwaartekracht.
In figuur 7 is het model van de lampkap 2 uit figuur 6 weergegeven, maar na de derde stap en dus in ineengeschoven vorm, namelijk als een platte schijf.
Door deze facultatieve stap kunnen met een bepaalde Rapid Prototyping machine grotere stukken textielstof of grotere voorwerpen uit textielmateriaal worden vervaardigd dan wanneer het moedermodel zou vervaardigd moeten worden.
Uiteraard moet bij het ineenschuiven rekening gehouden worden met minimale afstanden om de draden van het textielmateriaal te kunnen scheiden om na vorming het model terug uiteen te kunnen schuiven tot zijn normale vorm.
Speciale patronen kunnen op het oppervlak geprojecteerd worden om de flexibiliteit van het textielmateriaal tijdens de productie te vergroten zodanig dat het model vooraleer de fabricage of het transport tot minimale afmetingen in elkaar kan geschoven worden. Daarbij kan het patroon zo zijn dat de delen ervan, wanneer het textielmateriaal na de fabricage opnieuw uiteengeschoven wordt, in een vaste positie ten opzichte van elkaar vallen. In figuren 8 en 9 zijn een aantal elementen 3, namelijk ringen, van een dergelijk patroon respectievelijk in in en uit elkaar geschoven stand weergegeven.
Voor het in elkaar haken in uit elkaar geschoven stand na de vervaardiging is elk element 3 van een aantal uispringende lusjes 4 voorzien.
<Desc/Clms Page number 10>
In een vierde stap vindt het materiële vervaardigen van voornoemd computer model, dat de draden van het textielmateriaal beschrijft, plaats door middel van Rapid Prototyping (RP).
Hiertoe kan worden gebruik gemaakt van een selectieve laser sintermachine ("Selective Laser Sintering" machine), een stereolithografie machine, een 3D-printmachine, een "Fused deposition Modelling"-machine of een andere RP-machine die laag per laag opbouwt en automatische toevoer van materiaal.
Al deze technieken zijn gebaseerd op het digitaal maken van sneden van het, al dan niet in elkaar geschoven computermodel, waarna de RP-machine laag per laag, overeenkomstig deze sneden, het model opbouwt, bijvoorbeeld door middel van een gestuurde laserstraal op een fotopolymeriseerbaar hars.
Om na het vervaardigen de draden van het textielmateriaal gemakkelijker van elkaar te scheiden, verdient het de voorkeur een RP-machine te gebruiken die geen expliciete steunstructuren voor het materiaal vergt. De technologie en machines van de vennootschap "OBJECT" zijn daarom bijvoorbeeld beter geschikt dan de klassieke stereolithografie en machines van de vennootschap "3DSystems".
Ook 3D-print technieken, bijvoorbeeld van de vennootschap "OPTOFORM", op basis van pasta in plaats van de gebruikelijke harsen voor stereolithografie, zijn geschikt.
<Desc/Clms Page number 11>
Door de pasta kunnen steunstructuren worden vermeden en de pasta kan gevuld worden met de gevormde materialen die dan nadien gesinterd worden in een volgende stap van het vervaardigingproces. Zelfs kleurtextiel kan met 3D-printing worden vervaardigd, bijvoorbeeld met machines van de firma " Z-CORP" .
Selectief Laser Sinteren (SLS) is ook geschikt.
Mits aangepaste software kunnen de thans op de markt zijnde RP-machines worden gebruikt voor het toepassen van de uitvinding. Deze machines bezitten het nadeel dat ze een beperkte snelheid bezitten en niet continu werken. Vooral voor massaproductie of fabricage op grote schaal is evenwel een snel continu proces aangewezen.
De beperkte snelheid vloeit voort uit het feit dat de bestaande RP-machines niet geschikt zijn om een groot aantal zeer kleine secties te vervaardigen zoals nodig is bij textielmateriaal.
Dit probleem van snelheid kan worden opgelost door gebruik te maken van inkjet-achtige systemen zoals gebruikt in de bestaande systemen van onder meer de firma's "OBJECT", "ZCORP" en "EXTRUDE-HONE". Het printing proces kan versneld worden door meer spuitkoppen in parallel te plaatsen. Op scannen gebaseerde systemen zijn moeilijker aan te passen.
Aangezien ze vectoren scannen zouden meerdere scanners, die elk een bepaald gebied van het oppervlak scannen, in parallel moeten geplaatst worden.
<Desc/Clms Page number 12>
Het niet continue werken van de bestaande RP-machines is het gevolg van het feit dat ze een vat bezitten met een stapsgewijze naar de bodem ervan dalend platform waarop het gebouwde voorwerp zich bevindt. Wanneer dit platform zich op de bodem bevindt en het vat dus vol is, moeten deze bekende machines gestopt worden, geledigd en opnieuw opgestart, hetgeen een groot tijdverlies met zich meebrengt.
Om dit probleem op te lossen kan, voor systemen met poeder zoals SLS en "inkjet" gebaseerde 3D-systemen en systemen met pasta kan een RP semi-continue inrichting gebruikt worden zoals schematisch weergegeven in figuren 10 tot 12.
Deze inrichting bevat twee vaten 5 waarvan de bodem een platform 6 vormt dat door een liftmechanisme 7 op en neer verplaatsbaar is. De twee vaten 5 zijn naast elkaar op een wagen 8 opgesteld. Boven de vaten 5 is een vaste koker 9 opgesteld die, naargelang de stand van de wagen 8, op het ene of het andere vat 5 rust. Boven deze koker 9 is de scanner 10 opgesteld waarop de laser 11 gericht is.
Wanneer in het vat 5 dat zich onder de koker 9 bevindt het platform 6 zijn laagste stand bereikt heeft, wordt de wagen 8 verplaatst tot het andere vat 5, waarvan het platform 6 bovenaan gelegen is, onder de koker 9 gelegen is. Terwijl in deze laatste koker 9 voorwerpen door RP worden gevormd, kan het eerste vat 5 geledigd worden. In figuur 10 is de toestand weergegeven wanneer het ene vat 5 wordt gebruikt en in figuur 12 wanneer het andere vat 5 in gebruik is,
<Desc/Clms Page number 13>
terwijl figuur 11 de toestand weergeeft tijdens het verrijden van de wagen 8.
Het platform 6 moet niet noodzakelijk een verplaatsbare bodem vormen van het vat 5. Het vat 5 kan onderaan gesloten zijn terwijl het platform boven deze bodem op en neer verplaatsbaar is. In plaats dat de vaten 5 verplaatsbaar zijn, kan de koker 9 met de laser 11 en de scanner 10 samen ten opzichte van stationaire vaten 5 verplaatsbaar zijn.
Met de inrichting die schematisch weergegeven is in figuur 13, kan continu worden gefabriceerd. Deze inrichting is een 3D-printmachine met één vat in de vorm van een pijp 12, zonder platform. Onder een bovenste gedeelte 13, dat verwarmd wordt, versmalt de pijp 12. Op dit gedeelte is een persplaat 14 scharnierend vastgemaakt die door een zuigermechanisme 15 op de pijp 12 kan geduwd worden. Boven het gedeelte 13 zijn de scanner 10 en de laser 11 opgesteld terwijl het onderste open uiteinde van de pijp 12 uitmondt in een bak 16.
Telkens na het printen van een laag van het textielmodel in het gedeelte 13, wordt met behulp van de persplaat 14 deze laag in de pijp 12 geduwd. Het geprinte textielmateriaal wordt bij elke laag een weinig verder in de pijp 12 geduwd, waar het afkoelt, tot het onderaan samen met het niet gebruikte poeder of de niet gebruikte pasta uit de pijp 12 in de bak 16 valt. Het textielmateriaal kan dan van het poeder of de pasta gescheiden worden.
<Desc/Clms Page number 14>
Indien het computermodel in elkaar geschoven of gevouwen werd, zal ook het materiële model dat werd vervaardigd door Rapid Prototyping in elkaar geschoven of gevouwen zijn. Als laatste stap kunnen de elementen dan uit elkaar geschoven of ontvouwen worden. Dit kan bijvoorbeeld na het transport geschieden, waardoor het volume tijdens het transport minimaal is.
Bij de hiervoor beschreven werkwijze kan tijdens de tweede stap, namelijk de 3D-projectie van het textielpatroon op het oppervlak, het computermodel vrij groot worden, hetgeen met de bestaande computers veel rekentijd vergt om het te vervaardigen.
In een variante van de werkwijze kan voornoemd nadeel vermeden worden door het textielpatroon te genereren en te projecteren op de sneden verkregen tijdens het in schijfjes snijden van het oppervlak bij de Rapid Prototyping.
Hierdoor blijft het computermodel kleiner en is minder computergeheugen nodig. Het printen van de doorsneden van de textieldraden worden "op de vlucht" gegenereerd, gedurende het printproces zelf. Het algoritme voor het maken van de sneden is evenwel complexer en het is niet mogelijk de derde stap, namelijk het samenvouwen of in elkaar schuiven, toe te passen.
Zoals reeds vermeld, kan op de hiervoor beschreven manieren textielstof met eventueel totaal nieuwe patronen, of kunnen voorwerpen in dergelijke textielstof zoals T-shirt, broeken of andere kledingstukken, gordijnen, servetten en dergelijke, naadloos worden vervaardigd. 3D-textielstoffen
<Desc/Clms Page number 15>
kunnen eveneens vervaardigd worden. De textielstof kan eruit zien zoals de computermodellen weergegeven in de figuren 1 tot 4. Textielstof moet hier in zeer ruime zin beschouwd worden zodat hieronder niet enkel geweven, maar zoals reeds vermeld, ook breiwerk en haakwerk moet verstaan worden, maar ook zelfs netten, vlechtwerk en dergelijke.
Indien het menselijk lichaam wordt ingescand, kan deze informatie gebruikt worden in een 3D-CAD programma om zo het hogergenoemde computermodel te ontwerpen. De hiervoor beschreven werkwijze laat dan toe een kledingstuk te vervaardigen dat perfect op dit lichaam past.
Ook andere en zelfs grote voorwerpen uit "textielmateriaal" in ruime zin, kunnen vervaardigd worden, zoals de lampkappen overeenkomend met het computermodel volgens de figuren 5 en 6.
Delen of elementen van het textielmateriaal kunnen in elkaar haken of in elkaar vergrendeld worden, bijvoorbeeld zoals weergegeven in figuur 9, zodat een stijf en relatief sterk geheel wordt verkregen.
Het vervaardigde textielmateriaal kan ook op andere manieren versterkt worden, bijvoorbeeld door impregnatie, coating, sintering enz. Zo kan de conische lampkap weergegeven in figuur 6 besproeid worden met hars of lijm, of wanneer het van nylon is, gesinterd worden in een oven bij 200 C.
<Desc/Clms Page number 16>
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de bijgaande figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van textielmateriaal kunnen in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.
<Desc / Clms Page number 1>
Method and device for manufacturing textile material.
This invention relates to a method for manufacturing textile material.
For centuries, fabrics have been made by weaving threads together in different patterns. These tissues are two-dimensional. Textile articles, in particular three-dimensional articles, such as articles of clothing, are produced from these two-dimensional fabrics by cutting and stitching. All this is time-consuming and usually requires expensive machines.
Robots are known to weave glass fiber fabrics around a three-dimensional model, but these fabrics are impregnated or coated with a resin. These robots are expensive and a different model is required for every other shape.
Another technique for manufacturing textile material is knitting. Relatively expensive machines are also used for knitting. Here it is also known to knit three-dimensional knitted objects, but the possible applications are limited, for example to stockings, and these applications require even more expensive machines.
The present invention has for its object a method for manufacturing textile which does not have the aforementioned disadvantages and permits textile in a fast manner, without expensive machines, textile
<Desc / Clms Page number 2>
to be produced, both as textile material and directly in the form of a three-dimensional object of textile material.
This object is achieved according to the invention in that the textile material is manufactured from a digital design by means of rapid prototyping techniques, so-called "Rapid Prototyping".
Such techniques are known for the manufacture of mechanical prototypes of articles. However, very fine structures can be produced with these techniques, such as described in Belgian patent no.
1,008,128. It is unexpected to use such techniques for the manufacture of textile material which, unlike the aforementioned prototypes, consists of threads and is flexible.
By using rapid manufacturing techniques of prototypes, hereinafter referred to as "Rapid Prototyping", it is possible to manufacture not only fabrics from different patterns of textiles, but also two- and three-dimensional objects from textile material such as a garment, a lampshade and the like, and this without any seam.
In a first step a digital description of the surface of the textile material is designed with the aid of a computer, a textile pattern is projected on this surface in a second step so that a three-dimensional computer model is obtained and
<Desc / Clms Page number 3>
a next step the actual textile material with Rapid Prototyping based on this computer model manufactured.
After the second step, the textile material can optionally be digitally collapsed or collapsed into a smaller form.
In another embodiment, a digital description of the surface of the textile material is first designed with the aid of a computer, and then on the basis of this description, the textile material is manufactured by Rapid Prototyping, wherein during cutting of the digital surface in this Rapid Prototyping, a textile pattern is generated and digitally projected onto the cuts.
The invention also relates to a device which is particularly suitable for applying the method according to one of the preceding embodiments.
This device can contain two vessels with a platform that can be moved up and down by a lifting mechanism, and has a sleeve above the vessels, above which a scanner cooperates (with which a laser cooperates, while means are present for the vessels and the sleeve relative to each other) so that the sleeve is located successively above one vessel and above the other).
In another embodiment, the device is a 3D printing machine that includes a barrel-shaped vessel that narrows below an upper portion that is heated,
<Desc / Clms Page number 4>
a press plate that can be printed on this part and above this part a scanner and a laser.
With the insight to better demonstrate the characteristics of the invention, a preferred embodiment of a method and device for manufacturing textile material according to the invention is described below with reference to the accompanying drawings, in which:
Figures 1 to 4 represent computer models of pieces of textile fabric made according to the invention;
Figures 5 and 6 show two computer models of lampshades manufactured according to the invention;
Figure 7 shows the computer model of the lampshade of Figure 6 in the collapsed state;
Figure 8 shows the computer model of a piece of textile material with separate elements;
Figure 9 shows the piece of textile material of Figure 8 after manufacture and with the elements locked relative to each other;
Figures 10 to 12 schematically represent a device for applying the method according to the invention, in three different states;
Figure 13 schematically represents another embodiment of a device for applying the method according to the invention.
<Desc / Clms Page number 5>
For the manufacture of textile material according to the invention, in a first step a digital description, in particular a CAD description, of the desired two-dimensional or three-dimensional surface of textile material is designed with the aid of a computer.
A two-dimensional surface is a flat surface of a textile fabric, while a three-dimensional surface is, for example, a cylindrical or conical surface of, for example, a lampshade or a more complex surface of, for example, a garment.
As a second step, a textile pattern, in particular a weave, knitting or crochet pattern, is selected and projected onto this described surface so that a three-dimensional computer model with this pattern is obtained.
This can be done by replacing the surface with a number of three-dimensional objects or basic geometric units.
For a flat surface, the local parameters are the same at every point of the surface. A number of 'check points' can be determined on the surface and all these check points can be replaced by one and the same basic entity of the textile pattern. By choosing the position of the control points and their mutual distance in a suitable manner, the three-dimensional pattern can be manipulated, for example to a minimum volume or to a collapsed representation. This is too
<Desc / Clms Page number 6>
possible with cylindrical, spherical and toroidal surfaces.
For more complex surfaces, for example so-called NURBS (Non-Uniform Rational B-splines), depending on the local parameters of the original surface, for example the local bending, and the way of connecting the different entities, a uniform pattern of obtain objects that do not intersect. This adjustment can be achieved by changing the geometry of the basic entity or by changing the type of connection between the entities, for example two instead of one connection point.
To convert a two-dimensional surface into a three-dimensional pattern, a UV parameterization of the surface can be performed. In such a surface obtained by UV parameterization, each point thereof can be represented by its two-dimensional UV coordinates and, conversely, each set of UV coordinates corresponds to a three-dimensional point of the surface.
The same algorithm can now be used as for the aforementioned flat surfaces, with the difference that the basic entities will be calculated in a local coordinate system that is calculated on the original surface and which depends on the local behavior, for example the bend. This means that in complex double curved surfaces, for example NURBS, each entity in the pattern will be different from its neighboring entities, making it virtually impossible
<Desc / Clms Page number 7>
design or manufacture manually or with less use of a computer.
Most rapid prototype manufacturing techniques require a triangulation STL (Standard Triangular Language) file of the object to be built. A STL representation of a complete pattern will take up a lot of computer space (RAM or disk space).
However, by the way described above, the complete pattern can now be represented by a list of coordinate systems in which the same basic entity must be built in each case. In this way, only one copy of the object is required. All other copies are recalculated when they are needed.
This saves a lot of computer memory and disk space.
The result of the 3D projection described above is a three-dimensional model with a closed surface, for example in STL format. The computer can generate a 3D image of the future object or object, which makes it possible to view the design before starting with the rapid manufacturing technique of prototypes or 3D printing techniques.
Figures 1 to 6 show some examples of computer models of textile objects with patterns that can be manufactured. These patterns can be the same as textile patterns that can be made using traditional textile machines, but they can
<Desc / Clms Page number 8>
are also new and even of such a nature that they cannot be manufactured by these textile machines.
For example, net-like or chain-like patterns in which the basic elements consist of small rings or hexagons or other closed forms can be manufactured. However, endless wires can also be formed and articles therefrom can be formed from a single wire with neither beginning nor end. The textile material can also consist of open rings of varying length.
The wires themselves can vary in thickness and / or cross-section over their length. Different patterns can be present in the same object, for example to obtain different bends or different properties of the end product. If the article is a garment, parts of it can be provided with a closing mechanism.
In the figures 1 to 4 the objects are computer models of pieces of fabric. In Figure 5 the computer model is a cylindrical lampshade 1 with a wire of varying thickness and in Figure 6 a conical lampshade 2. For simplicity, only a portion of the textile material is shown in detail in Figure 6. It is clear that the entire lampshade 2 is made of this textile material.
After the creation of the 3D computer model, the textile material is usually digitally folded or collapsed into a smaller form as a third step. This is done by calculating the collision between two particles by their weight,
<Desc / Clms Page number 9>
friction, elasticity and the like and the necessary natural forces such as gravity.
Figure 7 shows the model of the lampshade 2 of Figure 6, but after the third step and thus in a collapsed form, namely as a flat disk.
This optional step allows a larger Rapid Prototyping machine to produce larger pieces of textile fabric or larger objects from textile material than if the parent model were to be manufactured.
Of course, minimum distances have to be taken into account when telescoping in order to be able to separate the threads from the textile material in order to be able to slide the model back to its normal shape after forming.
Special patterns can be projected on the surface to increase the flexibility of the textile material during production such that the model can be pushed together to a minimum before fabrication or transport. The pattern may be such that when the textile material is pushed apart again after manufacture, the parts thereof fall into a fixed position relative to each other. Figures 8 and 9 show a number of elements 3, namely rings, of such a pattern, respectively in the position that has been slid in and out of each other.
For the purpose of interlocking in the apart position after manufacture, each element 3 is provided with a number of protruding loops 4.
<Desc / Clms Page number 10>
In a fourth step, the material manufacture of the aforementioned computer model, which describes the threads of the textile material, takes place by means of Rapid Prototyping (RP).
A selective laser sintering machine ("Selective Laser Sintering" machine), a stereolithography machine, a 3D printing machine, a "Fused deposition modeling" machine or another RP machine that builds up layer by layer and automatic feed can be used for this purpose. of material.
All of these techniques are based on digitizing cuts of the computer model, whether or not slid into each other, after which the RP machine builds the model layer by layer, in accordance with these cuts, for example by means of a controlled laser beam on a photopolymerizable resin. .
In order to make it easier to separate the threads of the textile material after manufacture, it is preferable to use an RP machine that does not require explicit support structures for the material. The technology and machines of the company "OBJECT" are therefore, for example, better suited than the classical stereolithography and machines of the company "3DSystems".
3D printing techniques, for example from the company "OPTOFORM", based on paste instead of the usual resins for stereolithography, are also suitable.
<Desc / Clms Page number 11>
Support structures can be avoided by the paste and the paste can be filled with the formed materials which are subsequently sintered in a subsequent step of the manufacturing process. Even color textiles can be made with 3D printing, for example with machines from the company "Z-CORP".
Selective Laser Sintering (SLS) is also suitable.
Provided that adapted software is available, the RP machines currently on the market can be used for applying the invention. These machines have the disadvantage that they have a limited speed and do not work continuously. However, a rapid continuous process is especially recommended for mass production or large-scale manufacturing.
The limited speed is due to the fact that the existing RP machines are not suitable for producing a large number of very small sections, such as are needed with textile materials.
This problem of speed can be solved by using inkjet-like systems as used in the existing systems of the companies "OBJECT", "ZCORP" and "EXTRUDE-HONE". The printing process can be accelerated by placing more nozzles in parallel. Scan-based systems are more difficult to adjust.
Since they scan vectors, multiple scanners, each scanning a specific area of the surface, should be placed in parallel.
<Desc / Clms Page number 12>
The non-continuous operation of the existing RP machines is due to the fact that they have a vessel with a step-by-step platform descending to the bottom on which the built object is located. When this platform is on the bottom and the vessel is therefore full, these known machines must be stopped, emptied and restarted, which entails a great loss of time.
To solve this problem, for powdered systems such as SLS and "inkjet" based 3D systems and paste systems, an RP semi-continuous device can be used as shown schematically in Figures 10 to 12.
This device comprises two vessels 5, the bottom of which forms a platform 6 that can be moved up and down by an elevator mechanism 7. The two vessels 5 are arranged side by side on a carriage 8. A fixed tube 9 is arranged above the vessels 5, which, depending on the position of the carriage 8, rests on one or the other vessel 5. Above this sleeve 9 the scanner 10 is arranged, on which the laser 11 is directed.
When the platform 6 has reached its lowest position in the vessel 5 located below the sleeve 9, the carriage 8 is moved to the other vessel 5, the platform 6 of which is located at the top, below the sleeve 9. While in this last tube 9 objects are formed by RP, the first vessel 5 can be emptied. Figure 10 shows the state when one vessel 5 is used and in figure 12 when the other vessel 5 is in use,
<Desc / Clms Page number 13>
while figure 11 shows the situation during the movement of the carriage 8.
The platform 6 does not necessarily have to form a movable bottom of the vessel 5. The vessel 5 can be closed at the bottom while the platform is movable up and down above this bottom. Instead of the vessels 5 being displaceable, the sleeve 9 with the laser 11 and the scanner 10 can be displaceable together relative to stationary vessels 5.
Manufacturing can be done continuously with the device shown schematically in Figure 13. This device is a 3D printing machine with one barrel in the form of a pipe 12, without a platform. The pipe 12 narrows beneath an upper portion 13 which is heated, and a pressing plate 14 is hingedly attached to this portion which can be pushed onto the pipe 12 by a piston mechanism 15. Above the section 13 the scanner 10 and the laser 11 are arranged while the lower open end of the pipe 12 opens into a container 16.
Each time after printing a layer of the textile model in the part 13, this layer is pushed into the pipe 12 by means of the pressing plate 14. The printed textile material is pushed a little further into the pipe 12 at each layer, where it cools, until it falls from the pipe 12 into the tray 16 together with the unused powder or paste. The textile material can then be separated from the powder or paste.
<Desc / Clms Page number 14>
If the computer model was pushed together or folded, the material model that was manufactured by Rapid Prototyping will also be pushed together or folded. As a final step, the elements can then be pushed apart or unfolded. This can be done, for example, after transport, so that the volume during transport is minimal.
With the method described above, during the second step, namely the 3D projection of the textile pattern on the surface, the computer model can become quite large, which requires much computing time with the existing computers to manufacture it.
In a variant of the method, the aforementioned drawback can be avoided by generating the textile pattern and projecting it onto the cuts obtained during the cutting of the surface in the Rapid Prototyping.
This keeps the computer model smaller and requires less computer memory. Printing the cross-sections of the textile threads is generated "on the run" during the printing process itself. However, the algorithm for making the cuts is more complex and it is not possible to use the third step, namely the collapse or collapse.
As already mentioned, textile fabric with possibly entirely new patterns can be fabricated in the aforementioned ways, or objects in such textile fabric such as T-shirt, trousers or other garments, curtains, napkins and the like can be manufactured seamlessly. 3D textile fabrics
<Desc / Clms Page number 15>
can also be manufactured. The textile material may look like the computer models shown in Figures 1 to 4. Textile material must be considered here in a very broad sense so that it is understood here not only to be woven, but as already mentioned, also knitwear and crocheted, but also even nets, braid and such.
If the human body is scanned, this information can be used in a 3D CAD program to design the aforementioned computer model. The method described above makes it possible to manufacture a garment that fits perfectly on this body.
Also other and even large objects from "textile material" in a broad sense can be manufactured, such as the lampshades corresponding to the computer model according to figures 5 and 6.
Parts or elements of the textile material can hook into each other or be locked into each other, for example as shown in figure 9, so that a rigid and relatively strong whole is obtained.
The manufactured textile material can also be reinforced in other ways, for example by impregnation, coating, sintering, etc. The conical lampshade shown in Figure 6 can be sprayed with resin or glue, or if it is made of nylon, be sintered in an oven at 200 C.
<Desc / Clms Page number 16>
The invention is not limited in any way to the embodiments described above and shown in the accompanying figures, but such a method and device for manufacturing textile material can be realized in different variants without departing from the scope of the invention.