CN113246460A - 一种3d增材纤毛结构及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D增材纤毛结构及其制备方法和应用，属于增材制造技术领域。本发明在打印过程中，根据预设的路径信息，在每个节点处定量挤出熔融材料，在打印头直线行走至下一个节点的过程中停止出料，接着利用每个节点处定量挤出的熔融材料以及喷嘴中残留的熔融材料，在两两节点之间形成连接两两节点的纤毛结构，拉出的纤毛可依据3D打印参数控制呈现出不同粗细线型。本发明利用3D打印过程中的拉丝现象，实现了均匀、规整、连续的3D增材纤毛结构的制作，可用于服装、鞋袜、饰品、箱包、家具与室内装饰用品、装潢等多种领域，并赋予特殊的表面效果，极大地拓展了3D打印技术在纺织、造型技术领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D增材纤毛结构及其制备方法和应用，属于增材制造技术领域。
背景技术
3D打印(3D Printing)，又称作增材制造(AdditiveManufacturing，AM)，是一种以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式生成一个三维物体的过程。在3D打印的过程中，一层层的材料被“自下而上”逐次叠加起来，直到形成最终的物体形态。每一层可以看作这个物体的一个很薄的横截面，而每层的厚度则决定了打印的精度，层的厚度越小，打印的精度越高，打印出来的实体与数字模型(digital model)本身越接近。
现有的3D打印机在打印过程中，打印头经常需要快速移动和变换位置，打印头移动前，3D打印机需要停止熔融材料的供给。然而由于熔融材料自身重力的影响，很难保证打印头能够瞬间停止熔融材料的挤出，此时熔融材料从喷嘴内缓慢滴落并形成一种拉丝，并在打印头位置移动和变换的过程中，拉丝会附着在打印平台上，从而降低打印产品的精度和表面平整度，严重的甚至会造成打印产品报废，另外还容易造成打印材料的浪费。为了避免出现拉丝，通常采用材料回抽的方式，即在喷头移动到下一个点之前，将熔融材料反方向拉回一段距离，当移动到下一个点时，又再次将熔融材料挤出。
但是，在本领域中，尚未出现利用打印过程中拉丝的现象制作3D增材的报道。并且，在打印过程中形成的拉丝，具有拉丝短、不均匀、容易断裂等特点，要利用拉丝现象制作新款的3D增材在技术上难以实现突破。若能利用3D打印过程中的拉丝现象制作精致、美观且连续的3D增材纤毛结构，有望拓展3D打印技术在纺织、造型技术领域的应用。
发明内容
为此，需要提供一种3D增材纤毛结构及其制备方法和应用，利用3D打印过程中的拉丝现象实现3D增材纤毛拓产品的制作，从而拓展3D打印技术在纺织、造型技术领域的应用。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种3D增材纤毛结构的制备方法，其包括以下步骤：
(1)绘制2D路径图：根据预设图案和造型进行2D路径图的绘制，并在所述2D路径图中，设置路径中每段直线的基点；
(2)构建3D模型：构建所述2D路径图中基点的3D模型；
(3)切片处理：将所述3D模型进行切片，并发送至3D打印机；
(4)装料：将适量的打印材料装入所述3D打印机的料筒中；
(5)3D打印：启动3D打印；在打印过程中，根据路径信息，在每个节点处定量挤出熔融材料，在打印头直线行走至下一个节点的过程中停止出料，接着利用每个节点处定量挤出的熔融材料以及喷嘴中残留的熔融材料，在两两节点之间形成连接两两节点的纤毛结构，所述节点为所述2D路径图中各个基点所对应的实际打印位置。
优选地，步骤(5)中所述的打印过程由3D打印工作参数进行控制，所述3D打印工作参数包括：喷头温度、打印速度、底板温度、X/Y轴运动速度、回退速度、回退量、触发最短回退距离、触发回退最小挤出量、回退后材料挤出补偿、回退回复速度、回退时喷嘴抬升高度。
优选地，所述喷头温度为160℃～265℃，所述打印速度为20～60mm/s，所述底板温度为-20℃～80℃，所述X/Y轴运动速度为30～150mm/s，所述回退速度为20～40mm/s，所述回退量为1～1.5mm，所述触发最短回退距离为0.5～1mm，所述触发回退最小挤出量为0.02～0.05mm，所述回退后材料挤出补偿为2.5～5mm，所述回退回复速度为20～40mm/s，所述回退时喷嘴抬升高度为0.4～1mm。
优选地，所述喷头温度为210℃～245℃，所述打印速度为35～55mm/s，所述底板温度为50℃～65℃，所述X/Y轴运动速度为55～65mm/s。
优选地，所述回退时喷嘴抬升高度为0.7～1mm。
优选地，所述打印材料选自热塑性聚氨酯、尼龙、聚碳酸酯、聚乳酸、丙烯氰-丁二烯-苯乙烯、木材、金属、改性塑料、改性纤维中的一种。
优选地，所述打印材料为热塑性聚氨酯。
优选地，所述3D打印机为熔融沉积3D打印机。
本发明的第二方面提供了一种3D增材纤毛结构，所述3D增材纤毛结构由本发明第一方面所述的制备方法制得。
本发明的第三方面提供了如本发明第二方面所述的3D增材纤毛结构在服装、袜子、袜套、鞋面、帽子、手套、围巾、披肩、丝巾、箱包、家具与室内装饰用品上作为装饰物的应用。
区别于现有技术，上述技术方案在打印过程中，根据预设的路径信息，在每个节点处定量挤出熔融材料，在打印头直线行走至下一个节点的过程中停止出料，接着利用每个节点处定量挤出的熔融材料以及喷嘴中残留的熔融材料，在两两节点之间形成连接两两节点的纤毛结构(似蜘蛛吐丝般拉出的均匀、规整、连续的纤毛/拉丝/拉线等结构)，拉出的纤毛可依据3D打印参数控制呈现出不同粗细线型。本发明利用3D打印过程中的拉丝现象，实现了均匀、规整、连续的3D增材纤毛结构的制作，可用于服装、鞋袜、饰品、箱包、家具与室内装饰用品、装潢等多种领域，并赋予特殊的表面效果，极大地拓展了3D打印技术在纺织、造型技术领域的应用。
附图说明
图1示出了具体实施方式所述不同X/Y轴运动速度下在弹性三明治布上得到的3D增材纤毛结构，图中数字表示X/Y轴运动速度，单位为mm/s；
图2示出了具体实施方式所述不同X/Y轴运动速度下在白纸上得到的黑色3D增材纤毛结构，图中单位为mm/s的数字表示X/Y轴运动速度，单位为mm的数字表示纤毛的粗细；
图3示出了具体实施方式所述不同X/Y轴运动速度下在白纸上得到的白色3D增材纤毛结构，图中单位为mm/s的数字表示X/Y轴运动速度；
图4示出了具体实施方式所述打印有3D增材纤毛结构的服装布料；
图5示出了具体实施方式所述打印有3D增材纤毛结构的袜子；
图6示出了具体实施方式所述打印有3D增材纤毛结构的袜套；
图7示出了具体实施方式所述打印有3D增材纤毛结构的鞋面布料。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
本发明的第一方面提供了一种3D增材纤毛结构的制备方法，其包括以下步骤：
(1)绘制2D路径图：根据预设图案和造型进行2D路径图的绘制，并在所述2D路径图中，设置路径中每段直线的基点；
(2)构建3D模型：构建所述2D路径图中基点的3D模型；
(3)切片处理：将所述3D模型进行切片，并发送至3D打印机；
(4)装料：将适量的打印材料装入所述3D打印机的料筒中；
(5)3D打印：启动3D打印；在打印过程中，根据路径信息，在每个节点处定量挤出熔融材料，在打印头直线行走至下一个节点的过程中停止出料，接着利用每个节点处定量挤出的熔融材料以及喷嘴中残留的熔融材料，在两两节点之间形成连接两两节点的纤毛结构，所述节点为所述2D路径图中各个基点所对应的实际打印位置。
在常规的3D打印是在打印喷嘴处控温连续均匀出料，以连续、高效地打印出目标产品。并且，在3D打印过程中容易形成拉丝现象，具有拉丝短、不均匀、容易断裂等特点，不仅会降低打印产品的精度和表面平整度，严重的甚至会造成打印产品报废，另外还容易造成打印材料的浪费。本发明在3D增材制造工艺中，改变了常规的打印方式，将打印模型作为基点，以打印路径为实际打印所得(在两两基点之间形成纤毛结构)，并且拉出的纤毛可依据3D打印参数控制呈现出不同粗细线型。具体的，上述技术方案利用3D打印过程中的拉丝现象，实现了均匀、规整、连续的3D增材纤毛结构(在两两节点之间形成的连接两两节点的似蜘蛛吐丝般拉出的均匀、规整、连续的纤毛/拉丝/拉线等结构)的制作。制作得到的3D增材纤毛结构可用于服装、鞋袜、饰品、箱包、家具与室内装饰用品、装潢等多种领域，并赋予特殊的表面效果，极大地拓展了3D打印技术在纺织、造型技术领域的应用。
优选地，步骤(5)中所述的打印过程由3D打印工作参数进行控制，所述3D打印工作参数包括：喷头温度、打印速度、底板温度、X/Y轴运动速度、回退速度、回退量、触发最短回退距离、触发回退最小挤出量、回退后材料挤出补偿、回退回复速度、回退时喷嘴抬升高度。本发明通过控制3D打印工作参数，在两两节点之间形成连接两两节点的纤毛结构，拉出的纤毛均匀、规整、连续且不易断裂。
精确的3D打印工作参数是获得好的打印质量的重要因素，适当的喷头温度、打印速度、X/Y轴运动速度以及各回退参数的设置可以将打印材料挤出量控制在最佳范围，并直接决定了拉出的纤毛的长度、粗细度、均匀度以及连续性。优选地，所述喷头温度为160℃～265℃，所述打印速度为20～60mm/s，所述底板温度为-20℃～80℃，所述X/Y轴运动速度为30～150mm/s，所述回退速度为20～40mm/s，所述回退量为1～1.5mm，所述触发最短回退距离为0.5～1mm，所述触发回退最小挤出量为0.02～0.05mm，所述回退后材料挤出补偿为2.5～5mm，所述回退回复速度为20～40mm/s，所述回退时喷嘴抬升高度为0.4～1mm。
经过发明人的大量工艺研究摸索和生产实践探索证实，在打印过程中，通过设置上述3D打印工作参数，不仅不同性能的打印材料均可适用，而且打印得到的纤毛结构规整而美观，并且不易断裂。优选地，所述打印材料选自热塑性聚氨酯(TPU)、尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、丙烯氰-丁二烯-苯乙烯(ABS)、木材、金属、改性塑料、改性纤维中的一种。
优选地，所述打印材料为热塑性聚氨酯。
在打印材料的具体实施过程中，不同性能的打印材料最适宜的3D打印工作参数有所不同，其可以根据上述3D打印工作参数范围进行相应的调整。例如，当打印材料为热塑性聚氨酯时，在以下打印条件下打印质量最佳：所述喷头温度为210℃～245℃，所述打印速度为35～55mm/s，所述底板温度为50℃～65℃，所述X/Y轴运动速度为55～65mm/s，所述回退速度为20～40mm/s，所述回退量为1～1.5mm，所述触发最短回退距离为0.5～1mm，所述触发回退最小挤出量为0.02～0.05mm，所述回退后材料挤出补偿为2.5～5mm，所述回退回复速度为20～40mm/s，所述回退时喷嘴抬升高度为0.4～1mm。采用热塑性聚氨酯时，在上述打印条件下，拉丝稳定而连续，打印得到的纤毛结构均匀、连续且不会断裂，打印质量最佳。
优选地，所述回退时喷嘴抬升高度为0.7～1mm，此时拉出来的纤毛线条更直挺，不弯曲。
优选地，所述3D打印机为熔融沉积3D打印机。
本发明的第二方面提供了一种3D增材纤毛结构，所述3D增材纤毛结构由本发明第一方面所述制备方法制得。本发明制作得到的3D增材纤毛结构均匀、规整、连续且不易断裂，可赋予特殊的表面效果。
本发明的第三方面提供了如本发明第二方面所述的3D增材纤毛结构在服装、袜子、袜套、鞋面、帽子、手套、围巾、披肩、丝巾、箱包、家具与室内装饰用品上作为装饰物的应用，更加丰富其表面效果。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但并不用以限制本发明的保护范围。本发明实施例中所用的材料、试剂和仪器设备等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
在本发明的具体实施例中，采用热塑性聚氨酯线材作为打印材料进行示例性说明，但并不限于此，亦可选择其他打印材料，例如尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、丙烯氰-丁二烯-苯乙烯(ABS)、木材、金属、改性塑料、改性纤维中的一种。具体的，在本发明的具体实施例中，选用德国巴斯夫Ultrafuse TPU 80ALF、Ultrafuse TPU 85A等作为打印材料。以Ultrafuse TPU 80ALF作为示例说明，其具有优异的耐水解性和低温柔韧性、耐微生物侵蚀性、良好的耐磨性、高拉伸强度等，其线材玻璃化温度约为-44℃，邵氏A硬度(3秒)为89，邵氏D硬度(15秒)为35。以该高分子线材作为打印材料，打印过程中拉丝稳定、均匀、连续且不会断裂。并且，打印材料的颜色有多种可供选择，优选黑色的德国巴斯夫UltrafuseTPU 80ALF，炭黑材料吸油量高，拉丝稳定。
在本发明的具体实施例中，所用的打印基底选择白纸、光滑的不沾布、平整的纺织面料(例如服装布料、鞋面布料、袜套面料等)，但并不限于此，亦可选择其他基底材料，例如光滑的皮革、金属、玻璃和木板等。
在本发明的具体实施例中，切片处理具体包括：将设计好的3D模型存储为.stl等3D打印机可识别可切片的文件格式，接着通过计算机内置的切片软件，将已设计好的3D模型切成一片一片，并将切片后的文件储存为3D打印机可识别的.gcode文件，然后将所述源代码.gcode文件传送到3D打印机。
在本发明的具体实施例中，所用的3D打印机为熔融沉积3D打印机。3D打印熔融沉积技术(Fused Deposition Modeling，FDM)是对各种线材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC、热塑性聚氨酯TPU等)进行加热熔化的方法。在计算机软件程序的控制下，将丝状的热熔性塑料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型。FDM操作环境干净、安全，没有毒气或化学物质的危险，不依赖于激光作为成形能量源，可在办公室环境下进行操作。原材料以卷轴丝的形式提供，可选材料种类多，原材料费用较低，易于搬运和快速更换，工艺简洁。
在本发明的具体实施例中，将定量挤出打印材料的预设位置，在2D路径图中定义为“基点”，在实际打印中定义为“节点”，以作为区分。
实验例1 3D打印工作参数的调整与测试
为考察3D打印工作参数对纤毛结构状态(纤毛的长度、粗细度、均匀度以及连续性等)的影响，本实验例对喷头温度、打印速度、底板温度、X/Y轴运动速度、回退速度、回退量、触发最短回退距离、触发回退最小挤出量、回退后材料挤出补偿、回退回复速度以及回退时喷嘴抬升高度进行调整及测试。测试结果发现，在3D增材纤毛结构的制备过程中，在喷头温度为210℃～245℃，打印速度为35～55mm/s，底板温度为50℃～65℃，X/Y轴运动速度为55～65mm/s，回退速度为20～40mm/s，回退量为1～1.5mm，触发最短回退距离为0.5～1mm，触发回退最小挤出量为0.02～0.05mm，回退后材料挤出补偿为2.5～5mm，回退回复速度为20～40mm/s，回退时喷嘴抬升高度为0.4～1mm时，3D增材纤毛结构的打印质量最佳，具体表现为拉丝粗细适中，纤毛线条规整而均匀且不易断裂。
实验例2 X/Y轴运动速度的调整与测试
请参阅图1、图2和图3，本实验例给出了X/Y轴运动速度的调整及测试的具体情况，以作为示例性说明，但并不用以限制本发明。
本实验例在测试得到的最佳喷头温度、打印速度、底板温度、回退速度、回退量、触发最短回退距离、触发回退最小挤出量、回退后材料挤出补偿、回退回复速度、回退时喷嘴抬升高度范围中选出具体的数值，并以X/Y轴运动速度作为变量，进行测试。
(1)打印基底：白纸、弹性三明治布。
(2)打印材料：德国巴斯夫Ultrafuse TPU 80A LF，颜色为白色、黑色。
(3)具体测试步骤：
首先，分别以白纸、弹性三明治布作为打印基底，测量好打印基底的厚度。在FDM3D打印机的打印平台上，通过调整打印喷头，测量基底的高底并将其加以固定在3D打印机的打印台板上。
接着，设计制作路径及其中的基点，运用软件绘制2D路径图，并通过三维软件将2D路径图中的基点制作成1×1×0.2mm3的方块模型，然后通过切片软件对模型进行切片，设置3D打印工作参数：喷头温度为245℃，打印速度为42mm/s，底板温度为60℃，回退速度为20mm/s，回退量为1mm，触发最短回退距离为0.5mm，触发回退最小挤出量为0.02mm，回退后材料挤出补偿为3mm，回退回复速度为25mm/s，回退时喷嘴抬升高度为0.5mm，机头X/Y轴运动速度作为变量。
在以白纸基底作为打印基底的测试组，分别将X/Y轴运动速度设置为50mm/s、70mm/s、90mm/s、110mm/s、130mm/s、150mm/s；在以弹性三明治布基底作为打印基底的测试组，分别将X/Y轴运动速度设置为30mm/s、50mm/s、55mm/s、60mm/s、65mm/s、70mm/s、100mm/s。
接着，将上述切片文件导入FDM 3D打印机，将打印材料装入3D打印机的料筒中并进行打印，得到如图1所示的不同X/Y轴运动速度下在弹性三明治布上得到的3D增材纤毛结构，如图2所示的不同X/Y轴运动速度下在白纸上得到的黑色3D增材纤毛结构，以及如图3所示的不同X/Y轴运动速度下在白纸上得到的白色3D增材纤毛结构。其中，图3中示出了在不同X/Y轴运动速度下得到的纤毛的粗细程度(单位：mm)。
(4)测试结果：
如图1所示，X/Y轴运动速度为50mm/s时，拉丝较粗但不是很直；速度在70mm/s～100mm/s时，拉丝较细；速度为55mm/s～65mm/s时，拉丝总体表现最佳，粗细均匀、规整、拉丝较直；速度在30mm/s及50mm/s时，拉丝不直，呈波浪形，拉丝效果较差。
鉴于拉丝不直的现象，经测试发现是受回退时喷嘴抬升高度的影响。故在本实验例中，进一步对回退时喷嘴抬升高度进行了相应的调整和测试。调整测试后发现，回退时喷嘴抬升高度在0.7mm～1mm范围内时，拉丝效果最佳，纤毛线条直挺、不弯曲。
在图2和图3所示实验中，将回退时喷嘴抬升高度设为0.7mm。如图2和图3所示，黑色打印材料在X/Y轴运动速度为70mm/s～90mm/s时，拉丝总体表现最佳，拉丝均匀、挺直且规整；速度在50mm/s时，拉丝较粗；速度在110mm/s～150mm/s时，拉丝较细，容易断裂。白色打印材料在X/Y轴运动速度为50mm/s～90mm/s时，拉丝总体表现较佳，可连续拉丝，但不够规整；速度在110mm/s～150mm/s时，拉丝较细，不规整，且容易断裂。
因此，X/Y轴运动速度优选为55～65mm/s，回退时喷嘴抬升高度优选为0.7mm～1mm，打印材料优选为黑色。
实施例1 3D增材纤毛结构在服装上作为装饰物的应用
首先，以相同厚度的服装布料、不沾布作为打印基底，测量好打印基底的厚度。在FDM 3D打印机的打印平台上，通过调整打印喷头，测量基底的高底并将其加以固定在3D打印机的打印台板上。
接着，根据服装布料上花纹纹路设计制作路径及其中的基点，运用软件绘制2D路径图，并通过三维软件将2D路径图中的基点制作成1×1×0.2mm3的方块模型，然后通过切片软件对模型进行切片，设置3D打印工作参数：喷头温度为210℃，打印速度为35mm/s，底板温度为63℃，X/Y轴运动速度为55mm/s，回退速度为30mm/s，回退量为1.2mm，触发最短回退距离为0.8mm，触发回退最小挤出量为0.04mm，回退后材料挤出补偿为3.5mm，回退回复速度为30mm/s，回退时喷嘴抬升高度为0.7mm。
接着，将上述切片文件导入FDM 3D打印机，将打印材料(邵氏硬度为85A的热塑性聚氨酯，TPU 85A)装入3D打印机的料筒中并进行打印。打印过程中，服装布料和不沾布相邻放置，使得3D增材纤毛结构的一部分打印在服装布料上，另一部分打印在不沾布上。打印完成后，将连接两部分的纤毛结构剪断(可根据装饰效果选择剪断的位置，以得到适宜长度的纤毛)，并移除不沾布，即可得到如图4所示的打印有特殊表面结构(3D增材纤毛结构)的服装布料。
实施例2 3D增材纤毛结构在袜子/袜套上作为装饰物的应用
首先，以相同厚度的袜子、其它布料作为打印基底，测量好打印基底的厚度。在FDM3D打印机的打印平台上，通过调整打印喷头，测量基底的高底并将其加以固定在3D打印机的打印台板上。
接着，根据袜子上花纹纹路设计制作路径及其中的基点，运用软件绘制2D路径图，并通过三维软件将2D路径图中的基点制作成1×1×0.2mm3的方块模型，然后通过切片软件对模型进行切片，设置3D打印工作参数：喷头温度为230℃，打印速度为50mm/s，底板温度为65℃，X/Y轴运动速度为60mm/s，回退速度为40mm/s，回退量为1.0mm，触发最短回退距离为0.5mm，触发回退最小挤出量为0.05mm，回退后材料挤出补偿为5mm，回退回复速度为40mm/s，回退时喷嘴抬升高度为0.8mm。
接着，将上述切片文件导入FDM 3D打印机，将打印材料(邵氏硬度为85A的热塑性聚氨酯，TPU 85A)装入3D打印机的料筒中并进行打印。打印过程中，袜子和其它布料相邻放置，使得3D增材纤毛结构的一部分打印在袜子上，另一部分打印在其它布料上。打印完成后，将连接两部分的纤毛结构剪断，并移除其它布料，即可得到如图5所示的打印有特殊表面结构(3D增材纤毛结构)的袜子。本实施例中，采用上述相同的条件和方法，在袜套上打印了3D增材纤毛结构，得到了如图6所示的打印有特殊表面结构(3D增材纤毛结构)的袜套。
实施例3 3D增材纤毛结构在鞋面上作为装饰物的应用
首先，以相同厚度的鞋面布料、其它布料作为打印基底，测量好打印基底的厚度。在FDM 3D打印机的打印平台上，通过调整打印喷头，测量基底的高底并将其加以固定在3D打印机的打印台板上。
接着，根据鞋面布料上花纹纹路设计制作路径及其中的基点，运用软件绘制2D路径图，并通过三维软件将2D路径图中的基点制作成1×1×0.2mm3的方块模型，然后通过切片软件对模型进行切片，设置3D打印工作参数：喷头温度为245℃，打印速度为55mm/s，底板温度为50℃，X/Y轴运动速度为65mm/s，回退速度为35mm/s，回退量为1.5mm，触发最短回退距离为1.0mm，触发回退最小挤出量为0.02mm，回退后材料挤出补偿为2.5mm，回退回复速度为20mm/s，回退时喷嘴抬升高度为1.0mm。
接着，将上述切片文件导入FDM 3D打印机，将打印材料(邵氏硬度为85A的热塑性聚氨酯，TPU 85A)装入3D打印机的料筒中并进行打印。打印过程中，鞋面布料和其它布料相邻放置，使得3D增材纤毛结构的一部分打印在鞋面布料上，另一部分打印在其它布料上，即可得到如图7所示的打印有特殊表面结构(3D增材纤毛结构)的鞋面布料。打印完成后，将连接两部分的纤毛结构剪断，并移除其它布料。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3D增材纤毛结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)绘制2D路径图：根据预设图案和造型进行2D路径图的绘制，并在所述2D路径图中，设置路径中每段直线的基点；
(2)构建3D模型：构建所述2D路径图中基点的3D模型；
(3)切片处理：将所述3D模型进行切片，并发送至3D打印机；
(4)装料：将适量的打印材料装入所述3D打印机的料筒中；
(5)3D打印：启动3D打印；在打印过程中，根据路径信息，在每个节点处定量挤出熔融材料，在打印头直线行走至下一个节点的过程中停止出料，接着利用每个节点处定量挤出的熔融材料以及喷嘴中残留的熔融材料，在两两节点之间形成连接两两节点的纤毛结构，所述节点为所述2D路径图中各个基点所对应的实际打印位置。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的打印过程由3D打印工作参数进行控制，所述3D打印工作参数包括：喷头温度、打印速度、底板温度、X/Y轴运动速度、回退速度、回退量、触发最短回退距离、触发回退最小挤出量、回退后材料挤出补偿、回退回复速度、回退时喷嘴抬升高度。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述喷头温度为160℃～265℃，所述打印速度为20～60mm/s，所述底板温度为-20℃～80℃，所述X/Y轴运动速度为30～150mm/s，所述回退速度为20～40mm/s，所述回退量为1～1.5mm，所述触发最短回退距离为0.5～1mm，所述触发回退最小挤出量为0.02～0.05mm，所述回退后材料挤出补偿为2.5～5mm，所述回退回复速度为20～40mm/s，所述回退时喷嘴抬升高度为0.4～1mm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述喷头温度为210℃～245℃，所述打印速度为35～55mm/s，所述底板温度为50℃～65℃，所述X/Y轴运动速度为55～65mm/s。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述回退时喷嘴抬升高度为0.7～1mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述打印材料选自热塑性聚氨酯、尼龙、聚碳酸酯、聚乳酸、丙烯氰-丁二烯-苯乙烯、木材、金属、改性塑料、改性纤维中的一种。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述打印材料为热塑性聚氨酯。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印机为熔融沉积3D打印机。
9.一种3D增材纤毛结构，其特征在于，所述3D增材纤毛结构由权利要求1至8中任意一项所述的制备方法制得。
10.如权利要求9所述3D增材纤毛结构在服装、袜子、袜套、鞋面、帽子、手套、围巾、披肩、丝巾、箱包、家具与室内装饰用品上作为装饰物的应用。
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