CN112356438A - 一种基于3d打印的1+1罗纹针织面料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，通过以纱线轴线的型值点坐标为路径坐标，采用非均匀有理B样条插值得到纱线轴线曲线，以纱线截面为成型面沿纱线轴线曲线放样建模形成线圈的三维模型，按罗纹针织面料线圈间的串套规律放样建模形成待成形针织物结构三维模型；然后对待成形针织物结构三维模型进行切片处理，得到打印机坐标中的数据，完成分层处理；最后根据分层处理得到的闭合多边形轮廓线数据生成打印路径，沿打印路径将打印材料逐层打印生成三维立体的针织物结构，到罗纹针织面料可以清晰的看到线圈之间的相互串套关系，有助于面料分析师分析面料的结构，免去了小样试织的麻烦，节约时间，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法。
背景技术
随着人们生活质量的提升，对于服装要求也越来越高，个性化服装逐渐融入人们生活，并受到人们的喜爱。时尚人群对其内涵、艺术品位有更高的要求，偏好用设计彰显个性及个体鲜明的时尚态度，传统工艺加持下的服装设计形态已经使人们产生审美疲劳，无法满足人们日益增长的服装设计需求。目前1+1罗纹针织面料被广泛应用于针织服装中，但是1+1罗纹针织面料在生产过程中，传统的生产工艺需要不断地进行小样试织，而且要经历纺纱、织布、印染、裁剪等过程，这无形中增加了面料的生产周期，浪费材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、以纱线轴线的型值点坐标为路径坐标，采用非均匀有理B样条插值得到纱线轴线曲线，以纱线截面为成型面根据曲线截面放样方法对单个线圈轴线进行放样建模得到放样截面，将放样截面沿纱线轴线曲线放样建模形成线圈的三维模型，将线圈的三维模型按罗纹针织面料线圈间的串套规律放样建模形成待成形针织物结构三维模型；
步骤2)、对待成形针织物结构三维模型进行切片处理得到的闭合多边形轮廓线数据；
步骤3)、根据分层处理得到的闭合多边形轮廓线数据生成打印路径，沿打印路径将打印材料逐层打印生成三维立体的针织物结构。
进一步的，以Pierce线圈模型得到纱线截面的基本轮廓。
进一步的，纱线截面形状为圆形或者椭圆形。
进一步的，采用三维切片软件对建立的待成形针织物结构三维模型进行切片分层，打印模式为coliDo standard。
进一步的，切片处理的层厚为0.1～0.4mm。
进一步的，以垂直Z轴的平面为分层平面对待成形针织物结构三维模型进行切片处理，沿待成形针织物结构实际物体模型的Z轴进行等厚分层处理，根据设计厚度与层高的关系得到多个二维截面信息，通过三角形面片数据与二维截面信息的交线位置关系，可得出每层闭合的多边形轮廓线数据，从而得到打印机坐标中的数据。
进一步的，采用FDM方法进行打印成形。
进一步的，具体打印参数为：室内温度20-25℃，喷嘴直径为0.4～1mm，喷嘴温度为195～210℃，层厚为0.1～0.4mm，填充速度为78～88mm/s，挤出速度为128～238mm/s，印床温度设置为65～75℃。
进一步的，打印材料采用PLA材料或者TPU材料。
进一步的，打印材料细度为1.75mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，通过以纱线轴线的型值点坐标为路径坐标，采用非均匀有理B样条插值得到纱线轴线曲线，以纱线截面为成型面沿纱线轴线曲线放样建模形成线圈的三维模型，按1+1罗纹针织面料线圈间的串套规律放样建模形成待成形针织物结构三维模型；然后对待成形针织物结构三维模型进行切片处理，得到打印机坐标中的数据，完成分层处理；最后根据分层处理得到的闭合多边形轮廓线数据生成打印路径，沿打印路径将打印材料逐层打印生成三维立体的针织物结构，到1+1罗纹针织面料可以清晰的看到线圈之间的相互串套关系，有助于面料分析师分析面料的结构，免去了小样试织的麻烦，节约时间，提高生产效率，在生产成衣之前，材料可以循环利用，节约生产成本。
进一步的，以Pierce线圈模型得到纱线截面的基本轮廓，通过3D打印成形能过确保打印材料熔融成型过程中按层成形，在针织线穿绕拉紧形成线圈部分不会造成积压，层次分明，造型立体，并且采用3D打印成型能够缩短工期，可以实现面料的智能制造。
附图说明
图1为本发明实施例1中1+1罗纹组织单个线圈轴线控制点示意图。
图2为本发明实施例1中通过3D打印生产的1+1罗纹针织面料结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、以纱线轴线的型值点坐标为路径坐标，采用非均匀有理B样条插值得到纱线轴线曲线，以纱线截面为成型面根据曲线截面放样方法对单个线圈轴线进行放样建模得到放样截面，将放样截面沿纱线轴线曲线放样建模形成线圈的三维模型，将线圈的三维模型按罗纹针织面料线圈间的串套规律放样建模形成待成形针织物结构三维模型；
具体的，以Pierce线圈模型得到纱线截面的基本轮廓。纱线截面形状为圆形或者椭圆形。
1+1罗纹针织面料的线圈中，1+1罗纹结构组织的圈距为3.8d、圈高为1.35d、厚度为2.25d，其中d表示纱线截面直径。
步骤2)、对待成形针织物结构三维模型进行切片处理，得到打印机坐标中的数据(闭合多边形轮廓线数据)，完成分层处理；采用三维切片软件对建立的待成形针织物结构三维模型进行切片分层，打印模式为coliDo standard；切片处理的层厚为0.1～0.4mm，切片数据保存格式为gcode格式。
具体的，以垂直Z轴的平面为分层平面对待成形针织物结构三维模型进行切片处理，沿待成形针织物结构实际物体模型的Z轴进行等厚分层处理，也就是将待成形针织物结构三维模型进行虚拟化分层切片，根据设计厚度与层高的关系得到多个二维截面信息，二维截面的个数与层厚的乘积即设计厚度，通过三角形面片数据与二维截面信息的交线位置关系，可得出每层闭合的多边形轮廓线数据，从而得到打印机坐标中的数据，完成分层处理，切片分层数据以gcode格式保存。
步骤3)、根据分层处理得到的闭合多边形轮廓线数据生成打印路径，沿打印路径逐层打印生成三维立体的1+1罗纹针织物结构。具体的，采用FDM方法进行打印，室内温度20-25℃，喷嘴直径为0.4～1mm，喷嘴温度为195～210℃，层厚为0.1～0.4mm，填充速度为78～88mm/s，挤出速度为128～238mm/s，印床温度设置为65～75℃。
具体的，本申请打印材料采用PLA材料或者TPU打印材料。打印材料细度为1.75mm。
根据分层处理得到的闭合多边形轮廓线数据生成打印路径，打印头在打印平台上完成一个一层轮廓的任务后，根据设置的参数自动上升一层再进行下一轮廓线数据信息的打印。这一过程循环往复，直到所有的分层加工完毕生成三维立体的织物。具体的，本申请采用打印材料细丝的直径为1.75mm，喷嘴直径为0.4～1mm，层厚为0.1～0.4mm，第一层层厚设置为0.25～0.4mm，喷嘴温度为190～210℃，填充速度为73～88mm/s，挤出速度为120～235mm/s，印床温度设置为65～75℃。
打印结束，待玻璃平台冷却至室温23℃后取下打印模型，对模型进行后处理，去除模型中的支撑材料及外边沿轮廓，得到1+1罗纹结构的3D打印面料。本申请通过3D打印1+1罗纹针织面料，得到1+1罗纹针织面料可以清晰的看到线圈之间的相互串套关系，有助于面料分析师分析面料的结构。免去了小样试织的麻烦，节约时间，提高生产效率。对于服装设计师也提供了新的思路，可以通过3D打印做到量体裁衣，通过打印看到服装的效果。通过3D打印服装面料的断裂强力：纵向为140～180N，横向为230～180N；撕裂强力：纵向为30～80N，横向为25～70N；顶破强力为230～180N。
实施例
本申请针对1+1罗纹针织面料，采用非均匀有理B样条(NURBS)曲线建模的方法，确定1+1罗纹针织结构在罗纹针织面料结构立体空间(X、Y、Z)方向的23个控制点坐标(N1～N23)，如图1所示，其中N1～N12为正面线圈，N12～N23为反面线圈，N3～N5及N8～N10在一个平面上。根据控制点坐标得到单个线圈轴线路径，确定放样路径；选择纱线截面为圆形或者椭圆形，根据曲线截面放样方法对单个线圈轴线进行放样建模，绘制放样截面。以纱线截面为成型面沿纱线轴线曲线放样建模形成线圈的三维模型，按罗纹针织面料线圈间的串套规律放样建模得到1+1罗纹结构三维模拟效果图，将建立的三维模型文件以STL格式保存。
下面结合附图对本发明的结构原理和使用步骤作进一步说明：
实施例1：
(1)打印材料和方法：打印材料：细度1.75mm的柔性PLA材料。打印材料经过打印机挤出后，直径为0.4mm，断裂强力为440cN，断裂伸长率为670％，回弹性为63％，打印方法为熔融层积成型技术(FDM方法)。
(2)3D建模步骤：针织物1+1罗纹结构三维建模包括：根据线圈模型，产生对应的纱线轴线的型值点坐标；根据型值点坐标运用NURBS插值得到纱线轴线曲线；确定纱线截面形状为圆形，并以纱线轴线为路径，放样建模形成线圈的三维模型；按针织物组织线圈间的串套规律，形成相应的针织物结构的三维模型，
(3)1+1罗纹结构建模过程：建模软件选择Pro/Engineer建模软件，建模方式为非均匀有理B样条曲线(NURBS)。在建模软件中，根据Peirce线圈模型，纱线截面d取值为0.8mm，1+1罗纹结构组织的圈距为3.04mm、圈高为1.08mm、厚度为1.8mm。由Peirce线圈模型得到1+1罗纹结构的线圈基本轮廓，采用NURBS曲线建模的方法，确定该结构在X、Y、Z方向的23个控制点坐标(N1～N23)，其中N1～N12为正面线圈，N12～N23为反面线圈，N3～N5及N8～N10在一个平面上。根据控制点坐标得到单个线圈轴线路径，确定放样路径。选择纱线截面为圆形或者椭圆形，根据曲线截面放样方法对单个线圈轴线进行放样建模，绘制放样截面，以纱线截面为成型面沿纱线轴线曲线放样建模形成线圈的三维模型，按罗纹针织面料线圈间的串套规律放样建模得到1+1罗纹结构三维模拟效果图。将建立的三维模型文件以STL格式保存。
(4)模型切片：采用切片软件Cura进行切片，设置打印模式选择标准模式，选择垂直Z轴的平面为分层平面，使其沿实际物体模型的Z轴进行等厚分层处理，也就是将三维的模型进行虚拟化切片，根据设计厚度与层高的关系得到20个二维截面信息，通过三角形面片数据与二维截面信息的交线位置关系，可得出每层闭合的多边形轮廓线数据。从而得到打印机坐标中的数据，完成分层处理。切片分层数据以gcode格式保存。
(5)切片程序导入3D打印机：将切片后的gcode格式的三维模型通过U盘或者数据线导入打印机中。
(6)3D模型打印：打印过程中，根据计算机中存储的分层得到的闭合多边形轮廓线数据生成打印路径。打印头在打印平台上完成一个一层轮廓的任务后，根据设置的参数自动上升一层再进行下一轮廓线数据信息的打印。这一过程循环往复，直到所有的分层加工完毕生成三维立体的织物。打印参数为：细丝的直径为1.75mm，喷嘴直径为0.4mm，层厚为0.1mm，第一层层厚设置为0.25mm，喷嘴温度为190℃，填充速度为73mm/s，挤出速度为120mm/s，印床温度设置为65℃。
(7)模型的后处理：打印结束，待玻璃平台冷却至室温23℃后取下打印模型，对模型进行后处理，去除模型中的支撑材料及外边沿轮廓，得到1+1罗纹结构的3D打印面料。
实施例2：
(1)打印材料和方法：打印材料：细度1.75mm的柔性TPU材料。打印材料经过打印机挤出后，直径为0.4mm，断裂强力为450cN，断裂伸长率为680％，回弹性为68％。打印方法为熔融层积成型技术(FDM技术)。
(2)3D建模步骤：针织物1+1罗纹结构三维建模包括：根据线圈模型，产生对应的纱线轴线的型值点坐标；根据型值点坐标运用NURBS插值得到纱线轴线曲线；确定纱线截面形状，并以纱线轴线为路径，放样建模形成线圈的三维模型；按针织物组织线圈间的串套规律，形成相应的针织物结构的三维模型。
(3)1+1罗纹结构建模过程：建模软件选择3ds Max建模软件，建模方式为非均匀有理B样条曲线(NURBS)。在建模软件中，根据Peirce线圈模型，纱线截面d取值为1mm，1+1罗纹结构组织的圈距为3.8mm、圈高为1.35mm、厚度为2.25mm。由Peirce线圈模型得到1+1罗纹结构的线圈基本轮廓，采用NURBS曲线建模的方法，确定该结构在X、Y、Z方向的23个控制点坐标(N1～N23)，其中N1～N12为正面线圈，N12～N23为反面线圈，N3～N5及N8～N10在一个平面上。根据控制点坐标得到单个线圈轴线路径，确定放样路径。选择纱线截面为圆形或者椭圆形，根据曲线截面放样方法对单个线圈轴线进行放样建模，绘制放样截面。对“放样”后的单个线圈进行“复制”、“附加”操作，得到1+1罗纹结构三维模拟效果图。将建立的三维模型文件以STL格式保存。
(4)模型切片：采用切片软件Makerbot进行切片，设置打印模式选择标准模式，选择垂直Z轴的平面为分层平面，使其延实际物体模型的Z轴进行等厚分层处理，也就是将三维的模型进行虚拟化切片，根据设计厚度与层高的关系得到20个二维截面信息，通过三角形面片数据与二维截面信息的交线位置关系，可得出每层闭合的多边形轮廓线数据。从而得到打印机坐标中的数据，完成分层处理。切片分层数据以gcode格式保存。
(5)切片程序导入3D打印机：将切片后的gcode格式的三维模型通过U盘或者数据线导入打印机中。
(6)3D模型打印：打印过程中，根据计算机中存储的分层得到的闭合多边形轮廓线数据生成打印路径。打印头在打印平台上完成一个一层轮廓的任务后，根据设置的参数自动上升一层再进行下一轮廓线数据信息的打印。这一过程循环往复，直到所有的分层加工完毕生成三维立体的织物。打印参数为：细丝的直径为1.75mm，喷嘴直径为0.6mm，层厚为0.2mm，第一层层厚设置为0.3mm，喷嘴温度为200℃，填充速度为48mm/s，挤出速度为126mm/s，印床温度设置为70℃。
(7)模型的后处理：打印结束，待玻璃平台冷却至室温23℃后取下打印模型，对模型进行后处理，去除模型中的支撑材料及外边沿轮廓，得到1+1罗纹结构的3D打印面料。
实施例3：
(1)打印材料和方法：打印材料：细度1.75mm的TPU材料。打印材料经过打印机挤出后，直径为0.4mm，断裂强力为465cN，断裂伸长率为690％，回弹性为73％。打印方法为熔融层积成型技术(FDM技术)。
(2)3D建模步骤：针织物1+1罗纹结构三维建模包括：根据线圈模型，产生对应的纱线轴线的型值点坐标；根据型值点坐标运用NURBS插值得到纱线轴线曲线；确定纱线截面形状，并以纱线轴线为路径，放样建模形成线圈的三维模型；按针织物组织线圈间的串套规律，形成相应的针织物结构的三维模型。
(3)1+1罗纹结构建模过程：建模软件选择Solidworks 3D建模软件，建模方式为非均匀有理B样条曲线(NURBS)。在建模软件中，根据Peirce线圈模型，纱线截面d取值为1.2mm，1+1罗纹结构组织的圈距为4.56mm、圈高为1.62mm、厚度为2.7mm。由Peirce线圈模型得到1+1罗纹结构的线圈基本轮廓，采用NURBS曲线建模的方法，确定该结构在X、Y、Z方向的23个控制点坐标(N1～N23)，其中N1～N12为正面线圈，N12～N23为反面线圈，N3～N5及N8～N10在一个平面上。根据控制点坐标得到单个线圈轴线路径，确定放样路径。选择纱线截面为圆形或者椭圆形，根据曲线截面放样方法对单个线圈轴线进行放样建模，绘制放样截面。对“放样”后的单个线圈进行“复制”、“附加”操作，得到1+1罗纹结构三维模拟效果图。将建立的三维模型文件以STL格式保存。
(4)模型切片：采用切片软件Repetier-Host进行切片，设置打印模式选择标准模式，选择垂直Z轴的平面为分层平面，使其延实际物体模型的Z轴进行等厚分层处理，也就是将三维的模型进行虚拟化切片，根据设计厚度与层高的关系得到20个二维截面信息，通过三角形面片数据与二维截面信息的交线位置关系，可得出每层闭合的多边形轮廓线数据。从而得到打印机坐标中的数据，完成分层处理。切片分层数据以gcode格式保存。
(5)切片程序导入3D打印机：将切片后的gcode格式的三维模型通过U盘或者数据线导入打印机中。
(6)3D模型打印：打印过程中，根据计算机中存储的分层得到的闭合多边形轮廓线数据生成打印路径。打印头在打印平台上完成一个一层轮廓的任务后，根据设置的参数自动上升一层再进行下一轮廓线数据信息的打印。这一过程循环往复，直到所有的分层加工完毕生成三维立体的织物。打印参数为：细丝的直径为1.75mm，喷嘴直径为1mm，层厚为0.37mm，第一层层厚设置为0.35mm，喷嘴温度为210℃，填充速度为88mm/s，挤出速度为235mm/s，印床温度设置为75℃。
(7)模型的后处理：打印结束，待玻璃平台冷却至室温23℃后取下打印模型，对模型进行后处理，去除模型中的支撑材料及外边沿轮廓，得到1+1罗纹结构的3D打印面料。
表1 1+1罗纹组织线圈控制点坐标(单位：mm)
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、以纱线轴线的型值点坐标为路径坐标，采用非均匀有理B样条插值得到纱线轴线曲线，以纱线截面为成型面根据曲线截面放样方法对单个线圈轴线进行放样建模得到放样截面，将放样截面沿纱线轴线曲线放样建模形成线圈的三维模型，将线圈的三维模型按1+1罗纹针织面料线圈间的串套规律放样建模形成待成形针织物1+1罗纹结构三维模型；
步骤2)、对待成形针织物结构三维模型进行切片处理得到的闭合多边形轮廓线数据；
步骤3)、根据分层处理得到的闭合多边形轮廓线数据生成打印路径，沿打印路径将打印材料逐层打印生成三维立体的针织物结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，以Pierce线圈模型得到纱线截面的基本轮廓，纱线截面形状为圆形或者椭圆形。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，线圈中罗纹结构组织的圈距为3.8d、圈高为1.35d、厚度为2.25d，d表示纱线截面直径。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，采用三维切片软件对建立的待成形针织物结构三维模型进行切片分层，打印模式为coliDostandard。
5.根据权利要求4所述的一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，切片处理的层厚为0.1～0.4mm。
6.根据权利要求4所述的一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，以垂直Z轴的平面为分层平面，对待成形针织物结构三维模型进行切片处理，沿待成形针织物结构实际物体模型的Z轴进行等厚分层处理，根据设计厚度与层高的关系得到多个二维截面信息，通过三角形面片数据与二维截面信息的交线位置关系，可得出每层闭合的多边形轮廓线数据，从而得到打印机坐标中的数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，采用FDM方法进行打印成形。
8.根据权利要求7所述的一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，具体打印参数为：室内温度20～25℃，喷嘴直径为0.4～1mm，喷嘴温度为195～210℃，层厚为0.1～0.4mm，填充速度为78～88mm/s，挤出速度为128～238mm/s，印床温度设置为65～75℃。
9.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，打印材料采用PLA材料或者TPU材料。
10.根据权利要求9所述的一种基于3D打印的1+1罗纹针织面料制备方法，其特征在于，打印材料细度为1.75mm。
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| CN202011111319.3A CN112356438A (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 一种基于3d打印的1+1罗纹针织面料制备方法 |
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