CN112356439A - 一种基于3d打印的纬平针针织面料制备方法 - Google Patents

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王永臻
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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，采用非均匀有理B样条曲线建模方法得到纬平针针织面料结构在空间坐标下的控制点坐标，根据控制点坐标得到单个线圈轴线路径，以纱线截面为成型面沿单个线圈轴线路径放样建模形成单个线圈的三维模型，将单个线圈的三维模型按纬平针针织面料绕线方向放样建模形成待成形纬平针针织面料结构三维模型；通过对纬平针结构3D打印，可以通过打印效果看出线圈之间的相互嵌套关系，解决了目前针织面料在上机织造前，为看出设计的组织结构、纱线颜色、密度等效果，不断地进行小样试织的问题，缩短了面料生产的周期，通过3D打印能够及时看到设计的组织效果，节约材料，降低生产成本，提高了生产效率。

Description

一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法
技术领域
本发明属于3D打印领域，具体涉及一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法。
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。传统的纬平针面料在进行大货生产前，为了看出设计的组织结构、纱线颜色、密度等效果，需要不断地进行小样试织，而且传统的服装制作工序繁琐，生产周期长，无法实现单件服装面料生产，会产生大量材料的浪费及产品库存积压。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，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打印的纬平针针织面料制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、采用非均匀有理B样条曲线建模方法得到纬平针针织面料结构在空间坐标下的控制点坐标，根据控制点坐标得到单个线圈轴线路径，以纱线截面为成型面沿单个线圈轴线路径放样建模形成单个线圈的三维模型，将单个线圈的三维模型按纬平针针织面料绕线方向放样建模形成待成形纬平针针织面料结构三维模型；
步骤2)、将待成形纬平针针织面料结构三维模型进行切片处理得到多边形轮廓线数据；
步骤3)、根据分层处理得到的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纬平针针织面料。
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，纬平针织面的线圈中圈距是3.2d、圈高是2.6d、厚度是1.2d，其中d表示纱线截面直径。
进一步的，采用三维切片软件Repetier-Host对建立的待成形纬平针针织面料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，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，喷嘴温度为198～208℃，填充速度为76～86mm/s，挤出速度为126～136mm/s，印床温度设置为60～70℃。
进一步的，以垂直Z轴的平面为分层平面对待成形纬平针针织面料结构三维模型进行切片处理，沿待成形纬平针针织面料结构实际物体模型的Z轴进行等厚分层处理，得到每层多边形轮廓线数据，根据每层多边形轮廓线数据得到打印机坐标中的数据。
进一步的，打印材料采用PLA材料或者TPU打印材料。
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打印的纬平针针织面料制备方法，采用非均匀有理B样条曲线建模方法得到纬平针针织面料结构在空间坐标下的控制点坐标，根据控制点坐标得到单个线圈轴线路径，以纱线截面为成型面沿单个线圈轴线路径放样建模形成单个线圈的三维模型，将单个线圈的三维模型按纬平针针织面料线圈形态放样建模形成待成形纬平针针织面料结构三维模型；将待成形纬平针针织面料结构三维模型进行切片处理得到多边形轮廓线数据；根据分层处理得到的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纬平针针织面料，通过对纬平针结构3D打印，可以通过打印效果看出线圈之间的相互嵌套关系，打印产品可以直接当成服装装饰或者新型的服装面料使用，该技术环保、节约材料、缩短了面料生产的周期，降低生产成本，提高了面料组织结构设计生产的效率，可以真正实现面料智能化制造；解决了目前针织面料在上机织造前，为看出设计的组织结构、纱线颜色、密度等效果，不断地进行小样试织的问题，缩短了面料生产的周期。通过3D打印能够及时看到设计的组织效果，缩短设计周期，节约材料，降低生产成本。
进一步的，以Pierce线圈模型得到纱线截面的基本轮廓，以纱线截面为成形面沿单个线圈轴线路径放样建模形成单个线圈的三维模型，不受其他线路纱线影响，结构层次感强。
附图说明
图1为本发明实施例中纬平针组织单个线圈控制点示意图。
图2为本发明实施例中纬平针针织面料的3D打印效果图。
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打印的纬平针针织面料制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、采用非均匀有理B样条曲线建模方法得到纬平针针织面料结构在空间坐标下的控制点坐标，根据控制点坐标得到单个线圈轴线路径，以纱线截面为成型面沿单个线圈轴线路径放样建模形成单个线圈的三维模型，将单个线圈的三维模型按纬平针针织面料绕线方向放样建模形成待成形纬平针针织面料结构三维模型；
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。
纬平针织面的线圈中圈距是3.2d、圈高是2.6d、厚度是1.2d，其中d表示纱线截面直径。
步骤2)、将待成形纬平针针织面料结构三维模型进行切片处理，得到打印机坐标中的数据，完成分层处理得到多边形轮廓线数据；采用三维切片软件Repetier-Host对建立的待成形纬平针针织面料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，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，喷嘴温度为198～208℃，填充速度为76～86mm/s，挤出速度为126～136mm/s，印床温度设置为60～70℃。经过挤出机挤出后，直径为0.4mm时，断裂强力为450～470cN，断裂伸长率为680％～700％，回弹性为65％～70％。
具体的，以垂直Z轴的平面为分层平面对待成形纬平针针织面料结构三维模型进行切片处理，沿待成形纬平针针织面料结构实际物体模型的Z轴进行等厚分层处理，得到每层多边形轮廓线数据，根据每层多边形轮廓线数据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纬平针针织面料。
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。
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，得到纬平针结构的3D打印面料。本申请通过3D打印对针织物纬平针组织进行模拟，得到纬平针组织的三维结构，通过对纬平针结构3D打印，可以通过打印效果看出线圈之间的相互嵌套关系，打印产品可以直接当成服装装饰或者新型的服装面料使用，该技术环保、节约材料、缩短了面料生产的周期，降低生产成本，提高了面料组织结构设计生产的效率，可以真正实现面料智能化制造。解决了目前针织面料在上机织造前，为看出设计的组织结构、纱线颜色、密度等效果，不断地进行小样试织的问题，缩短了面料生产的周期。通根据本发明方法得到的纬平针针织面料的断裂强力：纵向为146～198N，横向为99～138N；撕裂强力：纵向为32～80N，横向为46～96N；顶破强力为150～197N，满足使用要求。
实施例1：
(1)打印材料和方法：打印材料：选择细度1.75mm的柔性PLA材料，经过挤出机挤出后，直径为0.4mm时，断裂强力为450cN，断裂伸长率为680％，回弹性为65％。打印方法为熔融层积成型技术(FDM技术)。
(2)3D建模：建模软件为3ds Max建模软件，建模方式为非均匀有理B样条曲线(NURBS)。在3ds Max建模软件中，选择Peirce线圈模型，纱线截面直径d取0.8mm，圈距为2.56mm，圈高是2.08mm，厚度是0.96mm。由Peirce线圈模型得到纬平针结构的线圈基本轮廓，采用NURBS曲线建模的方法，确定该结构在空间坐标(X、Y、Z)方向的13个控制点坐标(N1～N13)，得到单个线圈轴线路径。选择纱线截面为圆形，根据曲线截面放样方法对单个线圈轴线进行放样建模形成单个线圈的三维模型，将单个线圈的三维模型按纬平针针织面料绕线方向放样建模形成待成形纬平针针织面料结构三维模型；将建立的三维模型文件以STL格式保存。
(3)模型切片：切片软件为Repetier-Host，设置打印模式为coliDo standard，设置细丝的直径为1.75mm，喷嘴直径为0.4mm，层厚为0.15mm，第一层层厚设置为0.25mm，喷嘴温度为198℃，填充速度为78mm/s，挤出速度为126mm/s，印床温度设置为60℃。切片数据以gcode格式保存。切片后需要查看效果图，对于不符合要求的模型可以返回在三维软件中继续修改。
(4)切片程序导入3D打印机：将切片后的gcode格式模型通过U盘或者数据线导入打印机中。
(5)3D模型打印：安装打印材料、安装打印平台。对打印材料进行测试，看出丝效果是否良好。校对打印机、设置打印参数。打印参数为：室内温度23℃，喷嘴温度为198℃，层厚为0.15mm，填充速度为78mm/s，挤出速度为126mm/s，印床温度设置为60℃。
(6)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，得到纬平针结构的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TPU材料，经过挤出机挤出后，直径为0.4mm时，断裂强力为460cN，断裂伸长率为690％，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：建模软件为3ds Max建模软件，建模方式为非均匀有理B样条曲线(NURBS)。在3ds Max建模软件中，选择Peirce线圈模型，线截面直径取1mm，纬平针组织的圈距为3.2mm、圈高是2.6mm、厚度是1.2mm。由Peirce线圈模型得到纬平针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13个控制点坐标(N1～N13)，得到单个线圈轴线路径。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形成单个线圈的三维模型，将单个线圈的三维模型按纬平针针织面料绕线方向放样建模形成待成形纬平针针织面料结构三维模型；将建立的三维模型文件以STL格式保存。
(3)模型切片：切片软件为Repetier-Host，设置打印模式为coliDo standard，设置细丝的直径为1.75mm，喷嘴直径为0.7mm，层厚为0.2mm，第一层层厚设置为0.3mm，喷嘴温度为204℃，填充速度为82mm/s，挤出速度为131mm/s，印床温度设置为65℃。切片数据以gcode格式保存。切片后需要查看效果图，对于不符合要求的模型可以返回在三维软件中继续修改。
(4)切片程序导入3D打印机：将切片后的gcode格式模型通过U盘或者数据线导入打印机中。
(5)3D模型打印：安装打印材料、安装打印平台。对打印材料进行测试，看出丝效果是否良好。校对打印机、设置打印参数。打印参数为：室内温度23℃，喷嘴温度为204℃，层厚为0.3mm，填充速度为82mm/s，挤出速度为131mm/s，印床温度设置为65℃。
(6)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，得到纬平针结构的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可生物降解的柔性PLA材料，经过挤出机挤出后，直径为0.4mm时，断裂强力为470cN，断裂伸长率为700％，回弹性为70％。打印方法为熔融层积成型技术(FDM技术)。
(2)3D建模：建模软件为3ds Max建模软件，建模方式为非均匀有理B样条曲线(NURBS)。在3ds Max建模软件中，选择Peirce线圈模型，纱线截面直径取1.2mm，纬平针组织的圈距是3.84mm，圈高是3.12mm，厚度是1.44mm。由Peirce线圈模型得到纬平针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13个控制点坐标(N1～N13)，得到单个线圈轴线路径。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形成单个线圈的三维模型，将单个线圈的三维模型按纬平针针织面料绕线方向放样建模形成待成形纬平针针织面料结构三维模型；将建立的三维模型文件以STL格式保存。
(3)模型切片：切片软件为Repetier-Host，设置打印模式为coliDo standard，设置细丝的直径为1.75mm，喷嘴直径为1mm，层厚为0.4mm，第一层层厚设置为0.35mm，喷嘴温度为208℃，填充速度为86mm/s，挤出速度为136mm/s，印床温度设置为70℃。切片数据以gcode格式保存。切片后需要查看效果图，对于不符合要求的模型可以返回在三维软件中继续修改。
(4)切片程序导入3D打印机：将切片后的gcode格式模型通过U盘或者数据线导入打印机中。
(5)3D模型打印：安装打印材料、安装打印平台。对打印材料进行测试，看出丝效果是否良好。校对打印机、设置打印参数。打印参数为：室内温度23℃，层厚为0.4mm，填充速度为86mm/s，挤出速度为136mm/s，印床温度设置为70℃。
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，得到纬平针结构的3D打印面料。
表1纬平针组织单个线圈控制点坐标(单位：mm)
Figure BDA0002729092060000081
Figure BDA0002729092060000091

Claims (10)

1.一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、采用非均匀有理B样条曲线建模方法得到纬平针针织面料结构在空间坐标下的控制点坐标，根据控制点坐标得到单个线圈轴线路径，以纱线截面为成型面沿单个线圈轴线路径放样建模形成单个线圈的三维模型，将单个线圈的三维模型按纬平针针织面料绕线方向放样建模形成待成形纬平针针织面料结构三维模型；
步骤2)、将待成形纬平针针织面料结构三维模型进行切片处理得到多边形轮廓线数据；
步骤3)、根据分层处理得到的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纬平针针织面料。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，以Pierce线圈模型得到纱线截面的基本轮廓。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，纱线截面形状为圆形或者椭圆形。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，纬平针织面的线圈中圈距是3.2d、圈高是2.6d、厚度是1.2d，其中d表示纱线截面直径。
5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，采用三维切片软件Repetier-Host对建立的待成形纬平针针织面料结构三维模型进行切片分层，打印模式为coliDo standard。
6.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，切片处理的层厚为0.1～0.4mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，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，喷嘴温度为198～208℃，填充速度为76～86mm/s，挤出速度为126～136mm/s，印床温度设置为60～70℃。
8.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，以垂直Z轴的平面为分层平面对待成形纬平针针织面料结构三维模型进行切片处理，沿待成形纬平针针织面料结构模型的Z轴进行等厚分层处理，得到每层多边形轮廓线数据，根据每层多边形轮廓线数据得到打印机坐标中的数据。
9.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，打印材料采用PLA材料或者TPU打印材料。
10.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的纬平针针织面料制备方法，其特征在于，打印材料细度为1.75mm。
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