CN112454905A - 一种3d打印平纹组织面料的生产方法 - Google Patents

一种3d打印平纹组织面料的生产方法 Download PDF

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CN112454905A CN202011240353.0A CN202011240353A CN112454905A CN 112454905 A CN112454905 A CN 112454905A CN 202011240353 A CN202011240353 A CN 202011240353A CN 112454905 A CN112454905 A CN 112454905A
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宋瑶
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刘艳君
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张新安
王永臻
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Abstract

本发明公开了一种3D打印平纹组织面料的生产方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，采用三维建模软件对平纹组织进行模拟，得到平纹组织三维模型；步骤2，采用切片软件对步骤1得到的平纹组织三维模型进行切片分层处理，得到平纹组织三维模型的打印数据文件；步骤3，根据步骤2得到的打印数据文件，以柔性PLA或者TPU为原料，通过FDM工艺，在3D打印机中对平纹组织三维模型进行打印，得到3D打印平纹组织面料。本发明生产方法解决了现有平纹面料生产工艺繁琐、生产周期长、浪费材料的问题。

Description

一种3D打印平纹组织面料的生产方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印平纹组织面料的生产方法。
背景技术
平纹组织面料属于机织物，传统的机织物生产流程中，在织造前，经纱需要经历络筒、整经、浆纱、穿结经、烘布、刷布，在经、纬纱线的交织过程中，需由开口、引纬、打纬、送经、卷取等五大运动以及其他辅助运动的配合，才能得以完成。因此，传统的平纹组织面料生产工艺繁琐、生产周期长、浪费材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印平纹组织面料的生产方法，解决了现有平纹面料生产工艺繁琐、生产周期长、浪费材料的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种3D打印平纹组织面料的生产方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用三维建模软件对平纹组织进行模拟，得到平纹组织三维模型；
步骤2，采用切片软件对步骤1得到的平纹组织三维模型进行切片分层处理，得到平纹组织三维模型的打印数据文件；
步骤3，根据步骤2得到的打印数据文件，以柔性PLA或者TPU为原料，通过FDM工艺，在3D打印机中对平纹组织三维模型进行打印，得到3D打印平纹组织面料。
本发明的特点还在于，
步骤1按照以下步骤实施：
步骤1.1，绘制纱线轴线路径
在三维建模软件中选择NURBS曲线放样建模方法，根据平纹组织中经、纬纱路径上X、Y平面内各个控制点的坐标变化公式，确定出纱线在X、Y平面内的控制点坐标，根据机织物各组织纱线间交织沉浮的规律，确定出Z轴方向坐标，交织点在上为正值，在下为负值，得到纱线轴线路径曲线；
步骤1.2，绘制纱线放样截面
采用Peirce圆形理论模型确定纱线的圆形截面，则经、纬纱直径相等，织物为第五结构相、等支持面紧密结构，经纱屈曲波高等于纬纱直径，纬纱屈曲波高等于经纱直径，即hj＝dw＝d，hw＝dj＝d，经纱或者纬纱几何密度为
Figure BDA0002768161030000021
其中，dj为经纱直径，dw为纬纱直径，hj为经纱屈曲波高、hw为纬纱屈曲波高，d为纱线直径，ρj为经纱的几何密度，ρw为纬纱的几何密度；
步骤1.3，经、纬纱线轴线曲线放样
根据步骤1.1得到纱线的路径曲线，选择loft放样命令，以步骤1.2确定的圆形截面为放样截面，进行经纱和纬纱的轴线放样；
步骤1.4，根据步骤1.3放样过程对经纱和纬纱进行复制、附加操作，得到平纹组织三维模型。
步骤1.1中在X平面内第m根纬纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Xw(m,n)＝x0+ρj(n-1) (1)
式(1)中，x0为X轴方向的起点坐标，ρj为经纱的几何密度；
在Y平面内第m根纬纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Yw(m,n)＝y0-ρw×m (2)
式(2)中，y0为Y轴方向的起点坐标，ρw为纬纱的几何密度；
在Y平面内第m根经纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Yj(m,n)＝y0-ρj(n-1) (3)
式(3)中，y0为Y轴方向的起点坐标，ρj为经纱的几何密度；
在X平面内第m根经纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Xj(m,n)＝x0+ρj×m (4)
式(4)中，x0为X轴方向的起点坐标，ρj为经纱的几何密度。
步骤2的打印参数为：采用切片软件，选择coliDo standard模式，设置打印温度为180～230℃，填充速度为75～85mm/s，挤出速度为125～135mm/s，分层厚度为0.2mm，得到打印数据文件。
步骤3的过程为：安装3D打印机专用玻璃平台，设置平台温度，对3D打印机进行打印测试，将步骤2得到的打印数据文件通过SD卡或者数据线发送到3D打印机，则3D打印机按照接收的打印数据文件进行打印，待打印完成后，去除打印的模型的支撑、边框及轮廓多余的材料，得到3D打印平纹组织面料。
平台温度为60～70℃。
本发明的有益效果在于：本发明3D打印平纹组织面料的生产方法，通过对平纹组织进行三维模拟，将柔性PLA或者TPU材料进行熔融喷丝，对平纹组织三维模型打印成面料，可以对平纹组织纱线之间的屈曲状态进行调控，从而能够控制平纹组织面料透气性大小及某一凸出性能，扩大了平纹组织面料的应用领域，同时具有无污染，废料的回收率高，生产成本低，生产效率高的特点。
附图说明
图1是本发明生产方法实施例1中平纹组织纱线路径模拟图；
图2是本发明生产方法生产的平纹组织面料的效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种3D打印平纹组织面料的生产方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用三维建模软件对平纹组织进行模拟，得到平纹组织三维模型；
步骤1.1，绘制纱线轴线路径
在3ds Max建模软件中选择NURBS曲线放样建模方法，根据平纹组织中经、纬纱路径上X、Y平面内各个控制点的坐标变化公式，确定出纱线在X、Y平面内的控制点坐标，根据机织物各组织纱线间交织沉浮的规律，确定出Z轴方向坐标，交织点在上为正值，在下为负值，得到纱线轴线路径曲线；
其中，在X平面内第m根纬纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Xw(m,n)＝x0+ρj(n-1) (1)
式(1)中，x0为X轴方向的起点坐标，ρj为经纱的几何密度；
在Y平面内第m根纬纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Yw(m,n)＝y0-ρw×m (2)
式(2)中，y0为Y轴方向的起点坐标，ρw为纬纱的几何密度；
在Y平面内第m根经纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Yj(m,n)＝y0-ρj(n-1) (3)
式(3)中，y0为Y轴方向的起点坐标，ρj为经纱的几何密度；
在X平面内第m根经纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Xj(m,n)＝x0+ρj×m (4)
式(4)中，x0为X轴方向的起点坐标，ρj为经纱的几何密度；
步骤1.2，绘制纱线放样截面
采用Peirce圆形理论模型确定纱线的圆形截面，则经、纬纱直径相等，织物为第五结构相、等支持面紧密结构，经纱屈曲波高等于纬纱直径，纬纱屈曲波高等于经纱直径，即hj＝dw＝d，hw＝dj＝d，经纱或者纬纱几何密度为
Figure BDA0002768161030000051
其中，dj为经纱直径，dw为纬纱直径，hj为经纱屈曲波高、hw为纬纱屈曲波高，d为纱线直径，ρj为经纱的几何密度，ρw为纬纱的几何密度；
步骤1.3，经、纬纱线轴线曲线放样
根据步骤1.1得到纱线的路径曲线，选择loft放样命令，以步骤1.2确定的圆形截面为放样截面，进行经纱和纬纱的轴线放样；
步骤1.4，根据步骤1.3放样过程对经纱和纬纱进行复制、附加操作，得到平纹组织三维模型；
步骤2，采用切片软件对步骤1得到的平纹组织三维模型进行切片分层处理，得到平纹组织三维模型的打印数据文件；
对规划后的扫描线与轮廓线的交点进行比较排序，规划内轮廓线的路径拾取点坐标值，根据获取的点坐标值编程形成一系列的路径信息，将所形成的路径信息转化成3D打印机所识别的G代码，得到切片数据，生成平纹组织三维模型的打印数据文件；
其中，打印参数为：采用切片软件，选择coliDo standard模式，设置打印温度为180～230℃，填充速度为75～85mm/s，挤出速度为125～135mm/s，分层厚度为0.2mm；
步骤3，根据步骤2得到的打印数据文件，以柔性PLA或者TPU为原料，通过FDM工艺，在3D打印机中对平纹组织三维模型进行打印，得到3D打印平纹组织面料，具体为：
安装3D打印机专用玻璃平台，设置平台温度为60～70℃，对3D打印机进行打印测试，将步骤2得到的打印数据文件通过SD卡或者数据线发送到3D打印机，则3D打印机按照接收的打印数据文件进行打印，待打印完成后，去除打印的模型的支撑、边框及轮廓多余的材料，得到3D打印平纹组织面料。
实施例1
本发明一种3D打印平纹组织面料的生产方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用三维建模软件对平纹组织进行模拟，得到平纹组织三维模型；
步骤1.1，绘制纱线轴线路径
在3ds Max建模软件中选择NURBS曲线放样建模方法，选择以4根经纱和4根纬纱交织的平纹组织，单根经纱或者纬纱的路径由6个控制点进行控制，织物为第五结构相等支持面紧密结构，x0＝-12.990mm，y0＝12.990mm，根据机织物各组织纱线间交织沉浮的规律，交织点在上取正值，在下取负值，确定出Z轴方向坐标；根据平纹组织坐标点N1～N6(具体坐标点详见表1和表2)，画出平纹组织第一根经纱和第一根纬纱的轴线路径曲线，根据经纱和纬纱的坐标点，画出其他三根经纱和纬纱的轴线路径曲线；
表1 平纹组织4根经纱上各控制点坐标
(单位：mm)
Figure BDA0002768161030000071
注：纱线直径d＝1.5mm。
表2 平纹组织四根纬纱上各控制点坐标
(单位：mm)
Figure BDA0002768161030000072
注：纱线直径d＝1.5mm。
步骤1.2，绘制纱线放样截面
采用Peirce圆形理论模型确定纱线的圆形截面，截面直径d＝1.5mm，则经、纬纱直径相等，织物为第五结构相、等支持面紧密结构，经纱屈曲波高等于纬纱直径，纬纱屈曲波高等于经纱直径，即hj＝dw＝1.5mm，hw＝dj＝1.5mm，经纱或者纬纱几何密度为ρj＝ρw＝2.598；
步骤1.3，经、纬纱线轴线曲线放样
根据步骤1.1得到纱线的路径曲线，选择loft放样命令，以步骤1.2确定的圆形截面为放样截面，进行经纱和纬纱的轴线放样；
步骤1.4，根据步骤1.3放样过程对经纱和纬纱进行复制、附加操作，得到平纹组织三维模型，如图1所示；
步骤2，采用切片软件对步骤1得到的平纹组织三维模型进行切片分层处理，得到平纹组织三维模型的打印数据文件，包括打印层数、总行数、时间、需要材料长度等信息，其格式为gcode格式的切片文件；
其中，打印参数为：采用Repetier-Host切片软件，选择coliDo standard模式，设置打印温度为180℃，填充速度为75mm/s，挤出速度为125mm/s，分层厚度为0.2mm；
步骤3，根据步骤2得到的打印数据文件，以柔性PLA或者TPU为原料，通过FDM工艺，在“天威”Colido X3045型3D打印机中对平纹组织三维模型进行打印，得到3D打印平纹组织面料，具体为：
安装PLA专用玻璃平台，设置平台温度为60℃，对3D打印机进行打印测试，将步骤2得到的打印数据文件(gcode指令)通过SD卡或者数据线发送到3D打印机，则3D打印机按照接收的打印数据文件进行打印，待打印完成后，去除打印的模型的支撑、边框及轮廓多余的材料，得到3D打印平纹组织面料。
图2为发明生产方法生产的平纹组织面料的效果图，可以明显看出经纬纱线交错状态。
实施例2
本发明一种3D打印平纹组织面料的生产方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用三维建模软件对平纹组织进行模拟，得到平纹组织三维模型；
步骤1.1，绘制纱线轴线路径
在Solidworks建模软件中选择NURBS曲线放样建模方法，选择以4根经纱和4根纬纱交织的平纹组织，单根经纱或者纬纱的路径由6个控制点进行控制，织物为第五结构相等支持面紧密结构，x0＝-12mm，y0＝12mm，根据机织物各组织纱线间交织沉浮的规律，交织点在上取正值，在下取负值，确定出Z轴方向坐标；根据平纹组织坐标点N1～N6，画出平纹组织第一根经纱和第一根纬纱的轴线路径曲线，根据经纱和纬纱的坐标点，画出其他三根经纱和纬纱的轴线路径曲线；
步骤1.2，绘制纱线放样截面
采用Peirce圆形理论模型确定纱线的圆形截面，截面直径d＝1mm，则经、纬纱直径相等，织物为第五结构相、等支持面紧密结构，经纱屈曲波高等于纬纱直径，纬纱屈曲波高等于经纱直径，即hj＝dw＝1mm，hw＝dj＝1mm，经纱或者纬纱几何密度为ρj＝ρw＝1.732；
步骤1.3，经、纬纱线轴线曲线放样
根据步骤1.1得到纱线的路径曲线，选择loft放样命令，以步骤1.2确定的圆形截面为放样截面，进行经纱和纬纱的轴线放样；
步骤1.4，根据步骤1.3放样过程对经纱和纬纱进行复制、附加操作，得到平纹组织三维模型，如图1所示；
步骤2，采用切片软件对步骤1得到的平纹组织三维模型进行切片分层处理，得到平纹组织三维模型的打印数据文件，包括打印层数、总行数、时间、需要材料长度等信息，其格式为gcode格式的切片文件；
其中，打印参数为：采用Slic3r切片软件，选择coliDo standard模式，设置打印温度为195℃，填充速度为80mm/s，挤出速度为130mm/s，分层厚度为0.2mm；
步骤3，根据步骤2得到的打印数据文件，以TPU为原料，通过FDM工艺，在威布三维Wiiboox Two3D打印机中对平纹组织三维模型进行打印，得到3D打印平纹组织面料，具体为：
安装TPU专用玻璃平台，设置平台温度为65℃，对3D打印机进行打印测试，将步骤2得到的打印数据文件(gcode指令)通过SD卡或者数据线发送到3D打印机，则3D打印机按照接收的打印数据文件进行打印，待打印完成后，去除打印的模型的支撑、边框及轮廓多余的材料，得到3D打印平纹组织面料。
实施例3
本发明一种3D打印平纹组织面料的生产方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用三维建模软件对平纹组织进行模拟，得到平纹组织三维模型；
步骤1.1，绘制纱线轴线路径
在Creo建模软件中选择NURBS曲线放样建模方法，选择以4根经纱和4根纬纱交织的平纹组织，单根经纱或者纬纱的路径由6个控制点进行控制，织物为第五结构相等支持面紧密结构，x0＝-13.5mm，y0＝13.5mm，根据机织物各组织纱线间交织沉浮的规律，交织点在上取正值，在下取负值，确定出Z轴方向坐标；根据平纹组织坐标点N1～N6，画出平纹组织第一根经纱和第一根纬纱的轴线路径曲线，根据经纱和纬纱的坐标点，画出其他三根经纱和纬纱的轴线路径曲线；
步骤1.2，绘制纱线放样截面
采用Peirce圆形理论模型确定纱线的圆形截面，截面直径d＝1.2mm，则经、纬纱直径相等，织物为第五结构相、等支持面紧密结构，经纱屈曲波高等于纬纱直径，纬纱屈曲波高等于经纱直径，即hj＝dw＝1.2mm，hw＝dj＝1.2mm，经纱或者纬纱几何密度为ρj＝ρw＝2.078；
步骤1.3，经、纬纱线轴线曲线放样
根据步骤1.1得到纱线的路径曲线，选择loft放样命令，以步骤1.2确定的圆形截面为放样截面，进行经纱和纬纱的轴线放样；
步骤1.4，根据步骤1.3放样过程对经纱和纬纱进行复制、附加操作，得到平纹组织三维模型，如图1所示；
步骤2，采用切片软件对步骤1得到的平纹组织三维模型进行切片分层处理，得到平纹组织三维模型的打印数据文件，包括打印层数、总行数、时间、需要材料长度等信息，其格式为gcode格式的切片文件；
其中，打印参数为：采用Simplify3D切片软件，选择coliDo standard模式，设置打印温度为200℃，填充速度为85mm/s，挤出速度为135mm/s，分层厚度为0.2mm；
步骤3，根据步骤2得到的打印数据文件，以柔性PLA为原料，通过FDM工艺，在富士樱F-601FDM3D打印机中对平纹组织三维模型进行打印，得到3D打印平纹组织面料，具体为：
安装柔性PLA专用玻璃平台，设置平台温度为70℃，对3D打印机进行打印测试，将步骤2得到的打印数据文件(gcode指令)通过SD卡或者数据线发送到3D打印机，则3D打印机按照接收的打印数据文件进行打印，待打印完成后，去除打印的模型的支撑、边框及轮廓多余的材料，得到3D打印平纹组织面料。

Claims (6)

1.一种3D打印平纹组织面料的生产方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用三维建模软件对平纹组织进行模拟，得到平纹组织三维模型；
步骤2，采用切片软件对步骤1得到的平纹组织三维模型进行切片分层处理，得到平纹组织三维模型的打印数据文件；
步骤3，根据步骤2得到的打印数据文件，以柔性PLA或者TPU为原料，通过FDM工艺，在3D打印机中对平纹组织三维模型进行打印，得到3D打印平纹组织面料。
2.根据权利要求1所述一种3D打印平纹组织面料的生产方法，其特征在于，所述步骤1按照以下步骤实施：
步骤1.1，绘制纱线轴线路径
在三维建模软件中选择NURBS曲线放样建模方法，根据平纹组织中经、纬纱路径上X、Y平面内各个控制点的坐标变化公式，确定出纱线在X、Y平面内的控制点坐标，根据机织物各组织纱线间交织沉浮的规律，确定出Z轴方向坐标，交织点在上为正值，在下为负值，得到纱线轴线路径曲线；
步骤1.2，绘制纱线放样截面
采用Peirce圆形理论模型确定纱线的圆形截面，则经、纬纱直径相等，织物为第五结构相、等支持面紧密结构，经纱屈曲波高等于纬纱直径，纬纱屈曲波高等于经纱直径，即hj＝dw＝d，hw＝dj＝d，经纱或者纬纱几何密度
Figure FDA0002768161020000011
其中，dj为经纱直径，dw为纬纱直径，hj为经纱屈曲波高、hw为纬纱屈曲波高，d为纱线直径，ρj为经纱的几何密度，ρw为纬纱的几何密度；
步骤1.3，经、纬纱线轴线曲线放样
根据步骤1.1得到纱线的路径曲线，选择loft放样命令，以步骤1.2确定的圆形截面为放样截面，进行经纱和纬纱的轴线放样；
步骤1.4，根据步骤1.3放样过程对经纱和纬纱进行复制、附加操作，得到平纹组织三维模型。
3.根据权利要求2所述一种3D打印平纹组织面料的生产方法，其特征在于，所述步骤1.1中在X平面内第m根纬纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Xw(m,n)＝x0+ρj(n-1) (1)
式(1)中，x0为X轴方向的起点坐标，ρj为经纱的几何密度；
在Y平面内第m根纬纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Yw(m,n)＝y0-ρw×m (2)
式(2)中，y0为Y轴方向的起点坐标，ρw为纬纱的几何密度；
在Y平面内第m根经纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Yj(m,n)＝y0-ρj(n-1) (3)
式(3)中，y0为Y轴方向的起点坐标，ρj为经纱的几何密度；
在X平面内第m根经纱的第n个控制点的坐标变化公式为：
Xj(m,n)＝x0+ρj×m (4)
式(4)中，x0为X轴方向的起点坐标，ρj为经纱的几何密度。
4.根据权利要求1所述一种3D打印平纹组织面料的生产方法，其特征在于，所述步骤2的打印参数为：采用切片软件，选择coliDo standard模式，设置打印温度为180～230℃，填充速度为75～85mm/s，挤出速度为125～135mm/s，分层厚度为0.2mm。
5.根据权利要求1所述一种3D打印平纹组织面料的生产方法，其特征在于，所述步骤3的过程为：安装3D打印机专用玻璃平台，设置平台温度，对3D打印机进行打印测试，将步骤2得到的打印数据文件通过SD卡或者数据线发送到3D打印机，则3D打印机按照接收的打印数据文件进行打印，待打印完成后，去除打印的模型的支撑、边框及轮廓多余的材料，得到3D打印平纹组织面料。
6.根据权利要求5所述一种3D打印平纹组织面料的生产方法，其特征在于，所述平台温度为60～70℃。
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程燕婷等: "立体打印机织物基本组织", 《合成纤维》 *

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