CN108248018A - 一种3d打印拉胀纱、加工方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种3D打印拉胀纱、加工方法及用途。所述的3D打印拉胀纱，其特征在于，包含3D打印形成的多层结构，各层的表面包含拉胀几何结构，相邻层之间相互连接。本发明可以应用于结构简单的拉胀纱线的设计，而且可用于结构复杂的拉胀纱线的设计，如非圆柱截面拉胀纱、复合纱等，得到的拉胀纱线结构具有良好的可控制性。同时，本发明不仅系统实施流程简单，无需大量中间过程，避免了传统纺纱过程中多级流程对纱线性能造成的损伤，有利于得到设计结构下最优性能的纱线，而且生产效率高，制造的纱线拉胀效果好、结构稳定、力学性能优异、可调节性大，可满足功能性纺织品的基本要求。
Description
技术领域
本发明涉及拉胀纱的结构、加工方法及用途，尤其是利用快速成型技术制备拉胀纱的结构和纺纱方法，属于纺织科学与技术领域。
背景技术
拉胀材料是一种具有优异断裂韧性、剪切刚度、抗压痕性及能量吸收性能的新型材料，不同于自然界大多数材料，这种材料具有拉伸膨胀和压缩收缩的独特变形机制。基于拉胀材料优异的物理机械性能，使得这种材料在纺织及相关领域得到了研究者的青睐。
目前，纺织行业对拉胀材料的研究主要集中在：坐垫和安全带等汽车用纺织材料，护膝、护腕、头盔等人体防护材料，人造血管、缝合线等医用纺织材料。以及一些过滤用纺织材料。
纱线作为传统纺织品成型的基本组分之一，对其进行设计与制造尤为重要，但目前对于拉胀纱的制备方法屈指可数，而已存在的加工方法大多都受到成纱结构不稳定、拉胀效果不明显的局限，使得拉胀纱在实际中的应用范围大大缩小。对于目前已有拉胀纱的设计，其设计思路主要是：如专利WO2007/125352A1、专利CN2013/103361811A和专利WO2010/146347A1采用的设计方法，通过将两种模量差异大的长丝纱进行螺旋包缠的方式形成拉胀，该种设计主要是通过拉伸时内外层纱线的相对运动而使纱线表观轮廓增大，产生拉胀效应，但经过这种设计思路制造出来的纱线，由于其外层常常为刚性材料，对内层纱转移有很大的限制，故得到的纱线的拉胀效应十分有限；此外，由于内外层纱线弹性模量差异较大，故这类纱在拉伸时纱表面凹凸不平，这些缺点使得目前的拉胀纱在服装领域的应用受到很大限制。
作为上述专利的改进方法，专利US2011/0039088A1、US2011/0209557A1提出了几种类似的拉胀纱设计方法，前者主要描述了一种对湿度敏感的拉胀纱的制备方法，与上述不同的是：采用的原料纱线能对外部湿度激励做出相应反馈，这种拉胀纱不仅有拉胀效应，而且能对外部环境变化做出响应，进而改善自身透气透湿性能，增加了在织造舒适性服装这一领域的应用价值，但同样也是由于其结构不稳定的缺陷。使其难以受到消费者青睐。
显而易见，常规的拉胀纱结构和加工方法由于结构、材料等因素限制难以满足人们对功能纺织品的要求。
发明内容
针对目前拉胀纱线的一些缺点，本发明将纱线制造技术与快速成型技术(3D打印)结合起来设想了一种3D打印拉胀纱的结构和加工方法，提出了几种拉胀结构，并基于3D打印技术使纱线直接成形，通过计算机辅助设计使纱线三维模型具有拉胀几何结构，最终体现为纱线的拉胀效应。与已有拉胀纱加工方法相比，本发明专利实施方便、效率高，只要将设计好的三维数据模型切片处理成适合3D打印机打印的数据，即可打印出传统方法难以实现的结构复杂的拉胀纱线，以尽可能满足人们对功能纺织品提出的要求。
本发明的目的是：基于计算机辅助设计，借助快速成型技术实现拉胀纱直接设计制造与成形。
为了达到上述目的，本发明提供了一种3D打印拉胀纱，其特征在于，包含3D打印形成的多层结构，各层的表面包含拉胀几何结构，相邻层之间相互连接。
优选地，所述的多层结构由多个从内到外依次设置的圆柱层、渐开圆柱层或非圆柱层组成。
优选地，所述的3D打印拉胀纱的截面由多个同心圆或渐开圆组成。
本发明所述3D打印拉胀纱表面包含拉胀几何结构，拉胀纱截面由多个同心圆组成，拉胀纱由多个具有拉胀几何结构的同心圆柱或自内到外渐开的圆柱层层叠构成。
所述的拉胀纱所包含的层数及每层之间的间距能够在纱线直径范围内调整，且纱线表面孔隙率能够控制。
优选地，所述的3D打印为由内到外逐层打印成型或沿纱线长度方向一层层截面依次打印成型。
优选地，所述的拉胀几何结构为内凹六边形、人字形、双箭头形、蜂窝结构、星形结构、内凹菱形、中心旋转矩形、中心旋转三角形或中心旋转四面体。
优选地，所述的3D逐层打印采用的打印材料可以是PLA、ABS、光敏树脂、聚氨酯、尼龙、玻璃纤维、碳纤维、PEEK材料等打印成型；也可以是形状记忆聚酯、形状记忆聚氨酯等高分子形状记忆材料打印成型；还可以是导电聚合物、热敏气凝胶、活性材料和变形材料等具有感知功能的智能材料打印成型。
优选地，所述的3D打印拉胀纱可采用熔融沉积、光固化、激光烧结或静电纺丝等方法制备。
优选地，所述3D打印拉胀纱的各层之间可通过直接成型过程打印出的连接点连接，也可以通过喷洒热固性树脂或纤维状低熔点聚酯、聚乙烯、聚丙烯、改性聚酰胺等热塑性树脂粘结剂粘结。
优选地，所述3D打印拉胀纱的各层之间可以通过在打印过程中不断喷洒粘结剂到拉胀纱上粘结，也可以是在拉胀纱各层成型后，再加入粘结剂固化，保证成型的拉胀纱具有足够强力及结构稳定性。
更优选地，所述的3D打印拉胀纱的各层之间在通过直接成型过程的打印出的连接点连接时，连接点的密度及尺寸均可调，且连接点的材料可以是软性的粘结剂(聚氨酯)，也可是半硬半软的粘结剂(硅胶)，以提高拉胀纱径向的抗压性能。
更优选地，组成所述3D打印拉胀纱的各层可同时使用一种或多种拉胀几何形状，且同一层不同区域也可同时采用一种或多种拉胀几何结构，也既：组成所述3D打印拉胀纱的拉胀几何结构可以为单一结构，也可以为多种拉胀几何结构的混合结构。以满足较大的拉胀效应的要求。
更优选地，在所述3D打印拉胀纱中，所述的拉胀几何结构在各层均匀分布，且同一层同一周向包含有至少10个以上的拉胀几何结构单元。
进一步地，组成所述3D打印拉胀纱的各层的拉胀几何结构单元的纵横比可调节，调节范围是0.1-10，以满足不同产品的要求。
优选地，组成所述3D打印拉胀纱的各层拉胀几何结构尺寸和组成层数均可调，且调节主要基于三维数据模型设计，只要改进数据模型，不需要对设备或材料做出改动，就可以实现不同拉胀几何结构拉胀纱的制备。
所述拉胀结构的拉胀纱具有质量轻、耗材少的特点，满足现有材料对轻质高强的要求。
本发明还提供了上述的3D打印拉胀纱的加工方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：利用计算机辅助设计软件设计形成3D打印拉胀纱三维数据模型；
步骤2：将设计好的三维数据模型进行切片处理，并将切片好的模型导入到3D打印机；
步骤3：利用3D打印机打印设计的拉胀纱，并将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成3D打印拉胀纱的加工。
优选地，所述的3D打印拉胀纱包含多层具有拉胀几何结构的同心圆柱或渐开圆柱层，且圆柱各层之间具有点状连接、面连接或通过粘结剂粘结，同心圆柱或渐开圆柱的层数可根据所需拉胀纱直径在1-10内灵活变化。
优选地，所述3D打印拉胀纱拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
本发明还提供了上述的3D打印拉胀纱在用于制作缓冲垫、拳击手套、隔音吸声材料、汽车安全座椅、远程运输包装材料、过滤材料、或与其它智能材料复合用于制作智能纺织品等中的用途。
优选地，所述3D打印拉胀纱可通过控制纱线内孔隙率大小和比例来作为过滤材料，纱线内空隙可在0.1-5μm范围内变化，来对污水、空气、血液等进行过滤。
本发明不仅适用于结构简单的拉胀纱线的设计，而且可用于结构复杂的拉胀纱线的设计，如非圆柱截面拉胀纱、复合纱等，且拉胀纱线结构具有良好的可控制性。同时，本发明系统实施流程简单、生产效率高，且制造的纱线拉胀效果好、结构稳定、力学性能优异、可调节性大，可满足功能性纺织品的基本要求。
本发明着重于拉胀纱线的结构设计，通过辅助设计软件，使纱线的三维数据模型具有拉胀结构形态，同时借助3D打印机使设计的拉胀纱三维数据模型直接成形为实物，无需中间过程，避免了传统纺纱过程中多级流程对纱线性能一定程度上造成的影响，可得到设计结构下最优性能的纱线。
本发明的原理是：拉胀纱是由三维软件设计的具有拉胀效果的模型直接打印成形的，在受到轴向拉伸力时，沿纱线轴向分布的拉胀几何结构单元将伸展，在垂直作用力方向上产生扩展，所有这些拉胀结构单元产生的合成作用使纱线垂直作用力方向轮廓增大，使得拉胀纱呈现出明显的拉胀效应。
本发明原理实现的技术方法是：通过3D打印将模型实体化，实现具有拉胀几何结构的拉胀纱的制造。同时基于模型调节的灵活性，该拉胀纱加工方法适用于各种拉胀几何结构及其复合结构，如：内凹六边形-星形复合、内凹六边形-双箭头形复合等，实施方便且成本较低，适用于功能用纺织品的推广应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、该拉胀纱结构采用多层呈拉胀结构的圆柱层或渐开圆柱层层叠而成，纱线结构具有较好的稳定性，克服了现有设计方法制造的螺旋包缠拉胀纱存在的结构表层纱线滑移、结构不稳定以及拉伸时拉胀效应小等缺点；
2、该拉胀纱结构的几何形状选择范围广，样式多，任何具有拉胀效应的结构都可以用于此种3D打印拉胀纱的加工，有利于制造出结构新颖、性能优的拉胀纱；
3、该拉胀纱具有较大的负泊松比值，可直接应用于多个领域，在功能性服装、复合材料、交通运输、医疗卫生、减振缓冲及过滤材料等领域有较好的应用前景。
4、本发明可以应用于结构简单的拉胀纱线的设计，而且可用于结构复杂的拉胀纱线的设计，如非圆柱截面拉胀纱、复合纱等，得到的拉胀纱线结构具有良好的可控制性。同时，本发明不仅系统实施流程简单，无需大量中间过程，避免了传统纺纱过程中多级流程对纱线性能造成的损伤，有利于得到设计结构下最优性能的纱线，而且生产效率高，制造的纱线拉胀效果好、结构稳定、力学性能优异、可调节性大，可满足功能性纺织品的基本要求
附图说明
图1(a)为3D打印拉胀纱正视图；
图1(b)为3D打印拉胀纱截面图；
图2(a)至2(f)为拉胀纱可用拉胀几何结构单元；
图3为内凹六边形拉胀纱结构单元拉伸前后结构示意图：(a)拉伸前；(b)拉伸后；
图4为星形负泊松比纱结构单元拉伸前后结构示意图：(a)拉伸前；(b)拉伸后；
图5为双箭头形负泊松比纱结构单元拉伸前后结构示意图：(a)拉伸前；(b)拉伸后；
图6为内凹六边形-星形复合拉胀纱结构单元拉伸前后结构示意图：(a)拉伸前；(b)拉伸后；
图7为内凹六边形-双箭头形复合拉胀纱结构单元拉伸前后结构示意图：(a)拉伸前；(b)拉伸后；
图8为星形-双箭头形复合拉胀纱结构单元拉伸前后结构示意图：(a)拉伸前；(b)拉伸后；
附图标记说明：
1一3D打印拉胀纱；2一拉胀几何结构；3-拉胀纱的外层；4-拉胀纱的内层；5一粘结点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解：以下所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制。此外，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
图1(a)和图1(b)分别为3D打印拉胀纱1的正视图和截面图，所述的3D打印拉胀纱1表面具有拉胀几何结构2，拉胀纱的截面由同心圆组成，拉胀纱外层3与拉胀纱内层4之间通过粘结点5连接，表明该拉胀纱由多个具有拉胀纱外观的结构单元层叠堆积而成。
另外，本发明的3D打印拉胀纱1的拉胀几何结构2在各层沿圆柱面均匀分布，且同一层同一圆周上包含有至少10个拉胀几何结构单元。
参考图3、图4、图5、图6、图7和图8，每个图对应(a)和(b)分别为本发明的3D打印拉胀纱1上的拉胀几何结构2的重复单元在未受到拉伸和受到拉伸时的结构形态。
根据前述对本发明拉胀纱结构的描述可知，拉胀纱在受到拉伸时，拉胀纱各个结构单元均扩展。这些结构单元变形的总作用力使纱线表观轮廓增大，也既产生负泊松效应。
图1(b)为本发明所述拉胀纱截面图，由一系列同心圆组成，拉胀纱外层3与拉胀纱内层4之间通过粘结点5连接，这些具有纱线外观结构的圆柱均具有拉胀效应，如上所述，在受到拉伸作用时，不仅每个具有纱线外观结构的圆柱上的各个拉胀结构单元会产生负泊松效应，使每层具有纱线外观结构的圆柱表观轮廓增大，而且由这些具有拉胀效应的圆柱的每一层产生的拉胀效应的累加作用，也会使最终的拉胀纱呈现出更大的负泊松比值。
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例1-9中的原材料及设备为国家重点研发计划(2016YFC0802802)资助项目。下面以几个具体的实施例说明本发明的方法。
以下实施例所用的PLA(通用打印丝)打印材料线径为1.75mm，打印温度为205-235℃，外观为白色；ABS(通用打印丝)打印材料线径为1.75mm，打印温度为220-240℃，外观为白色；尼龙(通用打印丝)材料线径为1.75mm，打印温度为240-280℃，外观为白色；PEEK(通用打印丝)打印材料线径为1.75mm，打印温度为380-430℃，外观为其本色(土灰色)；光敏树脂(AUSBOND A370)密度为1.12g/cm3(25℃)，粘度为100±20mPa.s(25℃)，固化深度为0.1mm，临界曝光量为12mJ/cm2，外观为透明；尼龙玻纤粉末(PA3200GF)密度为1.3g/cm3，外观为白色；尼龙碳纤粉末(PA66 910/1.2CF30)密度为1.27g/cm3，外观为黑色。
实施例1 PLA内凹六边形拉胀纱线的制备
如图1(a)所示的3D打印拉胀纱1，包含3D打印形成的多层结构，各层的表面包含拉胀几何结构2，相邻层之间相互连接。所述的多层结构由多个从内到外依次设置的圆柱层组成。3D打印拉胀纱1所包含的层数及每层之间的间距能够在纱线直径范围内调整，且纱线表面孔隙率能够控制。3D打印拉胀纱1的各层之间通过直接成型过程打印出的连接点连接(如图1(b)所示)。
拉胀纱表面产生拉胀效应的拉胀几何单元为内凹六边形，如图2(a)所示，打印材料为PLA，成型方式为熔融沉积，通过同心圆柱层叠堆积成型。
上述的3D打印拉胀纱的加工方法为：利用CAD设计软件设计出具有内凹六边形拉胀结构的纱线三维数据模型，保证设计的模型尺寸与实际纱线数量级相匹配，再将设计好的模型导出为通用格式，利用3D打印机的切片软件将上述设计模型切片处理，得到可在3D打印机上打印的切片数据模型，并将切片好的模型导入到3D打印机，设置好打印参数，开始打印，由内到外逐层打印成型(如图1(b)所示)，将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成内凹六边形结构拉胀纱的加工。所述设计的3D打印拉胀纱表面内凹六边形拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
拉胀纱表面内凹六边形拉胀几何结构单元拉伸前后结构示意图如图3所示，具体实施参数见表1。
实施例2 PLA星形拉胀纱线的制备
类似于实施例1的3D打印拉胀纱，区别在于，所述的多层结构由多个从内到外依次设置的渐开圆柱层组成。拉胀纱表面产生拉胀效应的拉胀几何单元为星形，如图2(b)所示，打印材料为PLA，成型方式为熔融沉积，通过渐开圆柱层叠堆积成型。
上述的3D打印拉胀纱的加工方法为：利用CAD设计软件设计出具有星形拉胀结构的纱线三维数据模型，保证设计的模型尺寸与实际纱线数量级相匹配，再将设计好的模型导出为通用格式，利用3D打印机的切片软件将将上述设计模型切片处理，得到可在3D打印机上打印的切片数据模型，并将切片模型导入3D打印机，设置好打印参数，开始打印，由内到外逐层打印成型，将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成星形结构拉胀纱的制备。所述设计的3D打印拉胀纱表面星形拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
拉胀纱表面星形拉胀几何结构单元拉伸前后结构示意图如图4所示，具体实施参数见表1。
实施例3光敏树脂双箭头形拉胀纱线的制备
类似于实施例1的3D打印拉胀纱，区别在于，拉胀纱表面产生拉胀效应的拉胀几何单元为双箭头形，如图2(c)所示，打印材料为光敏树脂，成型方式为光固化，通过同心圆柱层叠堆积成型。
上述的3D打印拉胀纱的加工方法为：利用CAD设计软件设计出具有双箭头形拉胀结构的纱线三维数据模型，保证设计的模型尺寸与实际纱线数量级相匹配，再将设计好的模型导出为通用格式，利用3D打印机的切片软件将将上述设计模型切片处理，得到可在3D打印机上打印的切片数据模型，并将切片模型导入3D打印机，设置好打印参数，开始打印，由内到外逐层打印成型，将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成双箭头形结构拉胀纱的制备。所述设计的3D打印拉胀纱表面双箭头形拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
拉胀纱表面双箭头形拉胀几何结构单元拉伸前后结构示意图如图5所示，具体实施参数见表1。
实施例4尼龙内凹六边形拉胀纱线的制备
类似于实施例1的3D打印拉胀纱，区别在于，拉胀纱表面产生拉胀效应的拉胀几何单元为内凹六边形，如图2(a)所示，打印材料为尼龙，成型方式为熔融沉积，通过同心圆柱层叠堆积成型。
上述的3D打印拉胀纱的加工方法为：利用CAD设计软件设计出具有内凹六边形拉胀结构的纱线三维数据模型，保证设计的模型尺寸与实际纱线数量级相匹配，再将设计好的模型导出为通用格式，利用3D打印机的切片软件将将上述设计模型切片处理，得到可在3D打印机上打印的切片数据模型，并将切片模型导入3D打印机，设置好打印参数，开始打印，由内到外逐层打印成型，将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成内凹六边形结构拉胀纱的制备。所述设计的3D打印拉胀纱表面内凹六边形拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
拉胀纱表面内凹六边形拉胀几何结构单元拉伸前后结构示意图如图3所示，具体实施参数见表1。
实施例5光敏树脂内凹六边形-星形复合结构的拉胀纱线的制备
类似于实施例1的3D打印拉胀纱，区别在于，所述的多层结构由多个从内到外依次设置的渐开圆柱层组成。拉胀纱表面产生拉胀效应的拉胀几何单元为内凹六边形-星形复合结构，如图2(d)所示，打印材料为光敏树脂，成型方式为光固化，通过渐开圆柱层叠堆积成型。
上述的3D打印拉胀纱的加工方法为：利用CAD设计软件设计出具有内凹六边形-星形复合结构的拉胀结构的纱线三维数据模型，保证设计的模型尺寸与实际纱线数量级相匹配，再将设计好的模型导出为通用格式，利用3D打印机的切片软件将将上述设计模型切片处理，得到可在3D打印机上打印的切片数据模型，并将切片模型导入3D打印机，设置好打印参数，开始打印，由内到外逐层打印成型，将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成内凹六边形-星形复合结构拉胀纱的制备。所述设计的3D打印拉胀纱表面内凹六边形-星形复合结构拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
拉胀纱表面内凹六边形-星形复合拉胀几何结构单元拉伸前后结构示意图如图6所示，具体实施参数见表1。
实施例6尼龙玻纤内凹六边形-双箭头形复合结构的拉胀纱线的制备
类似于实施例1的3D打印拉胀纱，区别在于，拉胀纱表面产生拉胀效应的拉胀几何单元为内凹六边形-双箭头形复合结构，如图2(e)所示，打印材料为尼龙玻纤粉末，成型方式为激光烧结，通过同心圆柱层叠堆积成型。
上述的3D打印拉胀纱的加工方法为：利用CAD设计软件设计出具有内凹六边形-双箭头形复合结构的拉胀结构的纱线三维数据模型，保证设计的模型尺寸与实际纱线数量级相匹配，再将设计好的模型导出为通用格式，利用3D打印机的切片软件将将上述设计模型切片处理，得到可在3D打印机上打印的切片数据模型，并将切片模型导入，设置好打印参数，开始打印，由内到外逐层打印成型，将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成内凹六边形-双箭头形复合结构拉胀纱的制备。所述设计的3D打印拉胀纱表面内内凹六边形-双箭头形复合结构拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
拉胀纱表面内凹六边形-双箭头形复合拉胀几何结构单元拉伸前后结构示意图如图7所示，具体实施参数见表1。
实施例7尼龙碳纤星形-双箭头形复合结构的拉胀纱线的制备
类似于实施例1的3D打印拉胀纱，区别在于，拉胀纱表面产生拉胀效应的拉胀几何单元为星形-双箭头形复合结构，如图2(f)所示，打印材料为尼龙碳纤维粉末，成型方式为激光烧结，通过同心圆柱层叠堆积成型。
上述的3D打印拉胀纱的加工方法为：利用CAD设计软件设计出具有星形-双箭头复合结构的拉胀结构的纱线三维数据模型，保证设计的模型尺寸与实际纱线数量级相匹配，再将设计好的模型导出为通用格式，利用3D打印机的切片软件将将上述设计模型切片处理，得到可在3D打印机上打印的切片数据模型，并将切片模型导入3D打印机，设置好打印参数，开始打印，由内到外逐层打印成型，将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成星形-双箭头形复合结构拉胀纱的制备。所述设计的3D打印拉胀纱表面星形-双箭头复合结构拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
拉胀纱表面星形-双箭头形复合拉胀几何结构单元拉伸前后结构示意图如图8所示，具体实施参数见表1。
实施例8 PEEK材料内凹六边形-星形复合结构的拉胀纱线的制备
类似于实施例1的3D打印拉胀纱，区别在于，拉胀纱表面产生拉胀效应的拉胀几何单元为内凹六边形-星形复合结构，如图2(d)所示，打印材料为PEEK材料，成型方式为激光烧结，通过同心圆柱层叠堆积成型。
上述的3D打印拉胀纱的加工方法为：利用CAD设计软件设计出具有内凹六边形-星形复合结构的拉胀结构的纱线三维数据模型，保证设计的模型尺寸与实际纱线数量级相匹配，再将设计好的模型导出为通用格式，利用3D打印机的切片软件将将上述设计模型切片处理，得到可在3D打印机上打印的切片数据模型，并将切片模型导入3D打印机，设置好打印参数，开始打印，由内到外逐层打印成型，将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成内凹六边形-星形复合结构拉胀纱的制备。所述设计的3D打印拉胀纱表面内凹六边形-星形复合结构拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
拉胀纱表面内凹六边形-星形复合拉胀几何结构单元拉伸前后结构示意图如图6所示，具体实施参数见表1。
实施例9 ABS星形-双箭头形复合结构的拉胀纱线的制备
类似于实施例1的3D打印拉胀纱，区别在于，所述的多层结构由多个从内到外依次设置的渐开圆柱层组成。拉胀纱表面产生拉胀效应的拉胀几何单元为星形-双箭头形复合结构，如图2(d)所示，打印材料为ABS，成型方式为熔融沉积，通过渐开圆柱层叠堆积成型。
上述的3D打印拉胀纱的加工方法为：利用CAD设计软件设计出具有星形-双箭头形复合结构的拉胀结构的纱线三维数据模型，保证设计的模型尺寸与实际纱线数量级相匹配，再将设计好的模型导出为通用格式，利用3D打印机的切片软件将将上述设计模型切片处理，得到可在3D打印机上打印的切片数据模型，并将切片模型导入3D打印机，设置好打印参数，开始打印，由内到外逐层打印成型，将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成星形-双箭头形复合结构拉胀纱的制备。所述设计的3D打印拉胀纱表面星形-双箭头形复合结构拉胀几何结构沿纱线轴线方向均匀分布，使得纱线具有良好的拉胀效应和挤缩效应。
拉胀纱表面星形-双箭头形复合拉胀几何结构单元拉伸前后结构示意图如图8所示，具体实施参数见表1。
表1实施例的具体实施参数
Claims (10)
1.一种3D打印拉胀纱，其特征在于，包含3D打印形成的多层结构，各层的表面包含拉胀几何结构，相邻层之间相互连接。
2.如权利要求1所述的3D打印拉胀纱，其特征在于，所述的多层结构由多个从内到外依次设置的圆柱层、渐开圆柱层或非圆柱层组成。
3.如权利要求1所述的3D打印拉胀纱，其特征在于，所述的3D打印拉胀纱所包含的层数及每层之间的间距能够在纱线直径范围内调整，且纱线表面孔隙率能够控制。
4.如权利要求1所述的3D打印拉胀纱，其特征在于，所述的3D打印为由内到外逐层打印成型或沿纱线长度方向一层层截面依次打印成型。
5.如权利要求1所述的3D打印拉胀纱，其特征在于，所述的拉胀几何结构为内凹六边形、人字形、双箭头形、蜂窝结构、星形结构、内凹菱形、中心旋转矩形、中心旋转三角形或中心旋转四面体。
6.如权利要求1所述的3D打印拉胀纱，其特征在于，所述的3D逐层打印采用的打印材料为PLA、ABS、光敏树脂、聚氨酯、尼龙、玻璃纤维、碳纤维、PEEK材料、形状记忆聚酯、导电聚合物、热敏气凝胶、活性材料和变形材料中的至少一种。
7.如权利要求1所述的3D打印拉胀纱，其特征在于，所述3D打印拉胀纱的各层之间通过直接成型过程打印出的连接点连接，或通过喷洒热固性树脂或热塑性树脂粘结剂粘结。
8.如权利要求1所述的3D打印拉胀纱，其特征在于，所述3D打印拉胀纱的各层之间通过在打印过程中不断喷洒粘结剂到拉胀纱上粘结，或是在拉胀纱各层成型后，再加入粘结剂固化，保证成型的拉胀纱具有足够强力及结构稳定性。
9.权利要求1-8中任一项所述的3D打印拉胀纱的加工方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：利用计算机辅助设计软件设计形成3D打印拉胀纱三维数据模型；
步骤2：将设计好的三维数据模型进行切片处理，并将切片好的模型导入到3D打印机；
步骤3：利用3D打印机打印设计的拉胀纱，并将打印好的拉胀纱从3D打印设备上取下，完成3D打印拉胀纱的加工。
10.权利要求1-9中任一项所述的3D打印拉胀纱在用于制作缓冲垫、拳击手套、隔音吸声材料、汽车安全座椅、远程运输包装材料、过滤材料、或与其它智能材料复合用于制作智能纺织品中的用途。
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