CN114786922A - 用于在材料及关联单品上附接缀饰的增材制造方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在一些实施例中，一种制造方法包括：通过在基材上烧结热塑性粉末的方式，在构成服饰物品的基材上形成并附接第一缀饰件。所述烧结可在低于温度阈值的温度下进行，并且所述烧结可进一步在低于压力阈值的压力下进行。所述第一缀饰件可包括整个缀饰的所有结构性部件。所述第一缀饰件可以是一个完整缀饰的基座。所述方法还可包括：使用增材制造工艺形成第二缀饰件。

Description

用于在材料及关联单品上附接缀饰的增材制造方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求享有在2019年10月16日提交的美国临时专利申请第62/915,919号的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容大体涉及外部缀饰(embellishments)(比如品牌名称、徽标、或装饰)的生产或附接(attachment)。
背景技术
在一些传统的系统中，将外部缀饰附接到某些材料上需要使用缝合(stitching)、声波焊接(sonic welding)或热接合(thermal bonding)，其中每种方法都有相关限制，比如成本增加、需要额外时间或额外复杂度。因此，需要一种改进的方法来附接或形成缀饰及创造关联单品(items)。
发明内容
下面给出简化概要，以提供对所公开的创新的某些方面的基本理解。本概要并非全面的概述，也不旨在确定关键/至关重要的要素或划定其范围。它的唯一目的是以简化的形式介绍一些概念，作为后文更详细描述的序言。
在一些实施例中，一种制造方法包括：通过在基材上烧结热塑性粉末的方式，在构成服饰物品(clothing article)的基材上形成并附接第一缀饰件。所述烧结可在低于温度阈值的温度下进行，并且所述烧结可进一步在低于压力阈值的压力下进行。
在一些实施例中，一种增材制造的含缀饰物品(embellished article)包括：基材，其构成服饰物品；以及第一缀饰件，其通过在所述基材上烧结热塑性粉末而形成并附接至所述基材。所述烧结可在低于温度阈值的温度下进行，并且所述烧结可在低于压力阈值的压力下进行。
在一些实施例中，一种优化用于多个外部缀饰的打印条件的方法包括：将热塑性粉末与添加剂混合，以形成混合物。所述方法进一步包括：烧结所述混合物，以便以增材方式制造出一个包括所述多个外部缀饰的测试床矩阵(test bed matrix)。所述方法还包括：分析所述多个外部缀饰之中的每一个；以及确定所述测试床矩阵内的最优打印位置。
为了实现上述内容和相关的目的，在此结合以下描述和附图对所公开的创新的某些例证方面进行描述。然而，这些方面只是表明可以采用本文所公开的原则的各种不同方式中的几种，并旨在包括所有这些方面及其等效方案。当结合附图考虑时，其他优点和新颖特征将由以下详细描述而变得明显。
附图说明
图1示出根据一些实施例的外部缀饰的一种构型(configuration)的俯视图。
图2示出根据一些实施例的外部缀饰的第二构型的俯视图。
图3示出根据一些实施例的外部缀饰的第二构型的第一部分的厚度的侧视图。
图4示出根据一些实施例的外部缀饰的第二构型的第二部分的厚度的侧视图。
图5示出根据一些实施例的测试床矩阵的透视图。
图6示出根据一些实施例的测试床矩阵的俯视图。
图7是根据一些实施例的含缀饰物品的图示。
图8是根据一些实施例的另一含缀饰物品的图示。
具体实施方式
以下描述参照附图而提供，其中类似的附图标记在整篇描述中用于指代类似的元件。在以下描述中，出于说明目的，列出了许多具体的细节，以提供对其的彻底理解。然而，显见的是，本创新可以在没有这些具体细节的情况下得以实践。在其他情况下，各种不同结构和装置以框图形式显示，以便于描述。
本公开的一些实施例包括：允许直接制造和/或将外部缀饰附接至单品的一些制造工艺，所述单品在以前可能会利用缝合、声波焊接或热接合作为附接机制。通过避免这种附接机制，含缀饰物品的制造或组装可被简化、变得更便宜、和/或提高速度或精确度。在其他实施例中，这些方法也可用于加强或以其他方式改善缀饰的附接。
外部缀饰是通常用于装饰(decorate)、点缀(adorn)和/或标记(label)单品和材料的器具(implements)。正如容易领会的那样，为了避免信息、视觉效果和/或质量的损失，外部缀饰优选耐磨损(wear)、耐洗涤、耐磨蚀(abrasion)和耐化学作用，并且优选对它们所贴附之物品和单品具有良好的粘附性(adhesion)。在一些实施例中，缀饰被形成为具有三维特征，比如一个或多个凸起或凹下的区域。由本公开的方法的各种不同实施例所产生的外部缀饰或标识符(identifier)能被有利地应用至或附接至各种不同物品或材料上，以产生增强的外观和清晰度、官方样式(official-looking)质量、更高端奢华感及其组合。
缀饰可被附接所至的材料包括：织物、泡沫、纸张、纸板、塑料、木材、金属、砖块以及其他材料。被缀饰的单品可包括：转运标贴(transfer labels)、贴片(patches)、标签(tags)、或识别标牌(identification placards)。缀饰可包括：徽标、商标、数字标识符、字母标识符、字母数字标识符、符号、装饰性艺术品等。缀饰可被附接所至的单品可包括：服装和服饰物品，比如紧身连衣裤(bodywear)、头饰、鞋类、外衣、内衣、服装、板材物品、旗帜、制服、背包、软行李箱包、手套、帽子、围巾、眼镜、腕带、项链、夹克、裤子、面罩、袜子、凉鞋、靴子、鞋、其组合以及相关配件。缀饰可被附接所至的其他单品包括：手表、背包、钱包、皮包、盒子、书、垫子、工具、礼品、球、玩具以及其他单品。由一些实施例的方法所产生的外部缀饰可以是可接合至任何类型的布或织物材料上，也可以是呈增材方式可打印的贴花徽章的形式。
在各种不同实施例中，一些外部缀饰可以是通过增材制造工艺制造的，例如，立体光刻(Stereolithography，SLA)、熔融沉积建模(Fused Deposition Modeling，FDM)、PolyJetting、连续液体界面(Continuous Liquid Interface，CLI)等。在各种不同实施例中，外部缀饰可由热塑性材料(thermoplastics)在织物或其他柔软和/或多孔物品上形成。
选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)
在一些实施例中，选择性激光烧结(SLS)被用于增材式制造一个或多个外部缀饰和/或外部缀饰的支架或其他部件。
作为背景资料，选择性激光烧结(SLS)是一种增材制造技术，其利用激光将粉末材料烧结或熔化成固体结构。更具体地，激光瞄准空间中三维模型所定义的点、由粉末材料制造出最终产品。SLS打印利用3D打印机来打印产品，比如从热塑性粉末等粉末化材料中打印出产品。与其他一些增材制造技术相比，SLS可能具有优势，其部分原因是：在此过程中可以利用一系列的热塑性和特种聚合物。而其他3D打印技术，比如立体光刻技术，可能仅限于使用UV-LED可固化型(UV-LED curable)热固性(thermoset)材料进行打印，这可能导致产品比由热塑性材料形成的单品更脆。此外，SLS可能不需要任何支撑结构，因为粉末化的粉末可在打印过程中支撑打印件，从而允许人们创建——与其他热塑性或热固性技术(如熔融沉积模型、聚合物喷射(PolyJetting)、或连续液体界面)相比——具有复杂几何形状和更高分辨率的打印件。这些额外的技术(即所述其他热塑性或热固性技术)也可在各种不同实施例中使用。
在一些实施例中，3D打印机可与本公开的方法相关联地使用。例如，可使用的3D打印机为波兰克拉科夫(Krakow,Poland)的Sinterit公司制造的Lisa Pro 3D SLS打印机。该Lisa Pro 3D SLS打印机可采用波长为808nm的红外激光。其他的3D打印机在不影响本公开的整体概念的情况下也可使用。例如，示例的激光烧结打印机可在532nm、1.06μm或10.6μm的波长下工作，或具有在高达220℃或高达280℃的温度下打印的能力。一些实施例可使用能够在高达5W～8W、12W、30W、50W、80W、100W、120W、140W或160W下工作的激光。
对于一些实施例，在打印粉末化塑料之前，可对粉末进行筛分，以增加在3D打印过程中将要使用的具有正确粒度的颗粒的数量。更具体地，塑料粉末的预处理筛分可以减少或消除大团块(clumps)的数量，所述大团块可能影响所得打印件的分辨率或质量。对于各种不同实施例，在对粉末进行预处理后，可将粉末装入打印机，可将其调平(leveled)，并可将其加热至接近熔点的起始温度。例如，根据差示扫描比色法(differential scanningcolorimetry，DSC)分析，聚酰胺的熔点在178℃-180℃之间。因此，打印腔可被预热到起始温度(173℃)与熔化温度(180℃)之间，比如用于实现高效烧结。对于一些实施例，在试图用定制的粉末配方进行打印时，可以应用这种技术来找到最高效的打印温度。
一旦打印件(例如，外部缀饰)完成并且打印腔冷却到50℃以下，打印件即可从打印腔中取出并进行后处理。更具体地，可通过在所有表面喷射空气和/或玻璃珠来清洗打印件，以通过磨蚀过程去除其中任何未烧结的粉末。然而，在后处理过程中仍须小心谨慎，以避免打印件出现破损或产生缺陷。
测试
在最初进行了实验，以获得有关该Lisa Pro打印机联系本公开的各种不同方法用于众多低温热塑性材料的信息，所述这些方法将在下文中描述。更具体地，国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology，NIST)的增材制造测试工件(Artifact)或试样胚(coupon)被打印成从1英寸到0.3英寸的四种不同尺寸，并使用自动照相棚程序(photobooth)分析其顶部表面是否有任何缺陷。NIST工件的表面有几个可测量的特征，以便于测试打印机打印复杂特征的能力、最大打印分辨率及其他属性，从而建立一个标准。实验注意到，试样胚的尺寸并不能直接决定某种特征是否能被打印出，从而表明床位置(bed position)、打印件取向(part orientation)、激光功率及温度可能对打印某些特征有很大影响。然而，在实验过程中，较大的打印件往往比较小的打印件具有更明确的特征。显微镜被用来获得从试样胚到试样胚(coupon-to-coupon)或从条件到条件(condition-to-condition)的定量测量。
打印后，一些打印件被浸入(dipped)UV-LED墨水中，并让其浸泡约两分钟，以尝试用加州格伦代尔(Glendale,California)的艾利丹尼森(Avery Dennison)公司制造的定制型ABIS UV-LED CMKY+W墨水来增加表面颜色。浸泡后，打印件被LED固化(395nm，20W/cm2)约10秒。这种印后(post printing)技术例证了一种可能的生产用于外部缀饰的彩色元件的方法。
接着，研究了定制型低温热塑性粉末。瑞士Rowak AG公司生产的Rowak-35-N是一种半挠性的聚氨酯基(polyurethane-based)热塑性材料，用于外部缀饰(比如但不限于Avery Dennison公司生产的AgilityTM和Agility-IQTM)，以便粘附在比如棉和聚酯等基材上。由于SLS使用接近聚合物之熔化温度的温度，因此对特定热塑性材料的相变(phasetransitions)(即熔点、玻璃态转化)的完全了解非常重要。使用差示扫描量热法(Differential scanning calorimetry，DSC)来测量各种不同的相变。
在一项测试中，来自TAQ-2000(25-200℃，5℃/分钟)的DSC数据确定出：Rowak-35-N粉末的熔化温度约为121℃，而冷却后的结晶温度约为102℃。此外，在加热到60℃左右时，读数有一个峰值，其表示可能是由于Rowak-35-N粉末中的添加剂而造成的相变。在119℃和117℃进行的实验完全烧结了整个Rowak-35-N粉床(powder bed)，由此表明该温度范围过高而无法生产特定零件。当温度降低到117℃时，该测试床仍在烧结，但更有挠性(flexible)和脆性(brittle)。
激光烧结中的一个影响因素是所使用的激光的类型。在本例中，所使用的LisaPro打印机采用了波长为约800纳米(近红外)的激光来烧结零件。该Rowak-35-N粉末呈白色，可能难以吸收800纳米的辐射，这就是为什么该测试即使在结晶点与熔点之间的温度范围内也未产生打印件。为克服此问题，在Rowak-35-N粉末中加入了2％、10％和20％的Nylon-12黑色粉末，从而零件能够被烧结。随着Nylon-12粉末含量的增加，打印件的精确度和分辨率也随之提高。更具体地，当Nylon-12粉末含量为0％时，没有零件能够通过该激光烧结过程被制造出来。当Nylon-12粉末含量为2％时，获得一个半烧结的(semi-sintered)零件；当Nylon-12粉末含量为10％时，创造出一个具有更大结构完整性和分辨率的零件。Nylon-12粉末的加入对结构完整性、精确度和分辨率方面的作用而言可能是非线性的，并且Nylon-12粉末可能具有石墨烯或石墨添加剂，从而允许吸收800纳米激光。因此，石墨粉(小于2微米)被确定为Rowak基(Rowak based)热塑性材料的潜在打印添加剂。
该Lisa SLS打印机还被利用来打印了具有不同Rowak基热塑性粉末的零件，这些不同Rowak基热塑性粉末因为它们本质上是聚氨酯所以通常具有高挠性。为了研究将白色粉末(比如热塑性塑料)与一种能够吸收约800纳米波长激光的材料相混合的必要性，将石墨粉末(碳)加入到粉末中，并以不同的浓度(0.13％～10％)进行测试。在石墨的高浓度情况下，打印出的材料或零件趋于更脆。相比之下，在较低浓度情况下，打印出的零件趋于更有挠性。在浓度高于10％和低于1％的情况下，所述低温热塑性粉末不能正常烧结，从而导致零件不能被正常打印出或结构完整性低。
接着，测试了具有80微米及以下粒度的Rowak-33-80粉末。当其以2％和0.5％的碳添加剂浓度而使用时，打印后打印出的零件失效(failed)。随后在相同条件下对Rowak-35-80粉末进行了打印，打印后零件同样失效。然而，当同样的Rowak-35-80粉末在打印床(print bed)温度为115℃而不是119℃的条件下进行打印时，打印质量大大改善。这表明，当Rowak-35-80粉末的粒度变化时，测试床的温度也可加以调整，并且可以设想，在混合了相同浓度的碳添加剂时，较小尺寸的颗粒吸收热量的效率更高。因此，在一些实施例中，当使用较小的颗粒时，可降低温度；当使用较大的颗粒时，可提高温度。
制造
首先参考附图，图1至图8示出根据本公开的一些实施例、用于制造部分或全部外部缀饰200a或200b(统称为缀饰200)的各种不同方法的生产结果。缀饰200可通过使用增材制造而直接接合到基底(比如服装的织物材料、软质物品、使用增材制造方法生产的单品、或其他材料)。可形成的外部缀饰200的一部分包括：用于附接其他缀饰的基座，否则所述其他缀饰可能需要更有限的或更困难的方法来接合或附接部件。还公开了优化用于外部缀饰的打印条件的方法，所述方法利用更高效的打印过程并最终获得更恰当成形的外部缀饰。通过增材制造工艺制造的零件可能具有的优势是：消除了一些通常与其他制造技术相关联的生产步骤，比如丝网印制(screen printing)。增材制造工艺允许通过各种不同3D打印技术直接制造零件和产品。特别是，SLS可用于烧结或熔化粉末，以逐层形成外部缀饰200，并可通过低压和热而直接接合到织物。
本领域普通技术人员将领会，图1和图2中所示的多个外部缀饰200的形状、尺寸、构型和内容仅用于说明目的，并且外部缀饰200的许多其他形状、尺寸、构型和图形内容完全在本公开的范围内。尽管外部缀饰200的尺寸(即长、宽、高)是对于良好性能的重要设计参数，但外部缀饰200可以是确保使用期间最佳性能的任何形状或尺寸。外部缀饰200的一些示例可包括：数字标示、字母标示、字母数字标示、徽标、徽章、几何形状、非几何形状、或其组合。
在一些实施例中，本公开的制造外部缀饰的方法从选择热塑性粉末开始。在各种不同实施例中，使用低温热塑性粉末。一些示例包括：聚氨酯(polyurethane)、聚酰胺(polyamide)、聚苯乙烯(polystyrenes，PS)、热塑性弹性体(thermoplastic elastomers，TPE)、聚芳醚酮(polyaryletherketones，PAEK)、或聚碳酸酯(polycarbonate)。示例包括：Rowak-33、Rowak-34、Rowak-200-7、或类似的粉末或其混合物。其他类型的塑料粉末可用于形成缀饰的部分或全部，包括以下中的一种或多种：丙烯酸酯(例如，聚甲基丙烯酸甲酯[polymethyl methacrylate，PMMA])、ABS、尼龙、PLA、聚苯并咪唑(polybenzimidazole)、聚醚砜(polyether sulfone)、聚氧乙烯(polyoxymethylene)、聚醚酰亚胺(polyetherimide)、聚乙烯(polyethylene)、聚苯醚(polyphenylene oxide)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)、聚丙烯(polypropylene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)(特氟隆(teflon))。其他可使用的材料可包括：小颗粒的金属、陶瓷或玻璃。在各种不同实施例中，塑料粉末包括回收的塑料，比如从海洋中回收的塑料，和/或从塑料瓶、袋子、玩具或其他产品中回收的塑料。
鉴于一些热塑性粉末不能吸收或可能能力有限地吸收800纳米红外线或其他波长，于是可将热塑性粉末与一种添加剂相混合，所述添加剂被选择成允许混合物的适当烧结。例如，该添加剂可以有能力吸收至少在795纳米～815纳米之间波长的红外线。在各种不同实施例中，该热塑性塑料粉末是一种低温热塑性粉末。
对于各种不同实施例，添加剂可构成混合物重量的约0.5～10％之间，并且可包括石墨或碳黑。其他浓度可包括：构成混合物重量的0.5～1％、1～2％、2～3％、3～4％、4～5％、5～6％、6～7％、7～8％、8～9％、9～10％、10～12％、12～18％、或18～25％之间。其他示例添加剂可包括以下中的一种或多种：有机颜料(pigments)、无机颜料、白色颜料、特殊效果颜料、铝颜料、或其他颜料。有机颜料可用于需要高着色力(tinting strength)和明亮色调的应用。无机颜料可具有比如易分散、热稳定、耐晒(lightfast)、耐候性、不透明、或不溶性等特性。碳黑可具有出色的色彩强度、成本效益和紫外线性能。此外，碳黑还可以为塑料赋予抗紫外线辐射的稳定性和导电性。白色颜料可从二氧化钛(Titanium Dioxide)中提取，并且当被纳入塑料配方中时，可有效地散射可见光并赋予白度、亮度和高不透明度。铝颜料可为塑料提供包括闪亮、高度闪耀、金属光泽、点状闪耀及液态金属感等众多效果中的一种或多种。其他一些可用于本公开方法的示例颜料包括：荧光颜料、光致变色颜料及热致变色颜料。
可使用的三大类有机颜料包括：多环类(polycyclic)、偶氮类(Azo)及金属络合物(metal complexes)。示例颜料可包括以下中的一种或多种(例如一种或多种的组合)：蒽醌(Anthraquinone)、苯并咪唑酮(Benzimidazolone)、BONA色淀(BONA Lake)、重氮颜料(Diazo pigments)、二酮吡咯并吡咯(Diketo pyrrolo pyrrole，DPP)、异吲哚啉酮(Isoindolinone)、单偶氮盐(Mono Azo salts)、萘酚色淀(Naphthol Lake)、酞菁(Phthalocyanine)、喹吖啶酮(Quinacridone)。无机颜料可包括：C.I.颜料黄42(氧化铁)、C.I.颜料黄34(铬酸铅)、C.I.颜料黄184(钒酸铋)或C.I.颜料黄53(镍锑)、C.I.颜料橙20(硫化镉)、C.I.颜料棕6(氧化铁)、C.I.颜料棕29(氧化铁/铬)、C.I.颜料棕31(氧化铁/铬)、C.I.颜料棕33(氧化铁/铬)、C.I.颜料红101(氧化铁)、C.I.颜料红104(混合相颜料)、C.I.颜料红29(群青颜料)、C.I.颜料蓝29(群青颜料)、C.I.颜料蓝28(金属氧化物)、C.I.颜料蓝36(金属氧化物)、C.I.颜料紫15(群青颜料)、C.I.颜料紫16(锰紫)、颜料绿17(氧化铬绿)、C.I.颜料绿19(钴基混合金属氧化物)、C.I.颜料绿26(钴基混合金属氧化物)，以及C.I.颜料绿50(钴基混合金属氧化物)。在一些实施例中，还可以在混合物中加入织物活性染料。
在各种不同实施例中，在实现适当的混合后，对混合物进行筛分，以确保颗粒的适当分布以实现最佳打印、并避免出现不需要的团块。在一些示例中，筛分后粒度(例如，最大粒度)优选为200微米或更小。在其他实施例中，粒度小于50微米、100微米、150微米、250微米、300微米、350微米或400微米。在各种不同实施例中，可用进一步筛分或其他步骤来实现粒度的均匀性，比如颗粒的尺寸之间在5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、50微米、100微米或150微米范围内。
然后可对混合物进行分析以确定适当的打印温度范围，并且可使用差示扫描比色法来分析该混合物。例如，Rowak基粉末可具有范围在80～120℃的熔化温度，这对于使用——相比其他一些激光器——更紧凑、能耗更低、成本更低、更便携、重量更轻、或功率更低的激光器的实施例可能是有用的。对比之下，Nylon-6或其他较高温粉末可具有约为170℃的熔化温度，这可能有助于与采用更高功率、商业级激光器的实施例一起使用。
在达到适当的打印温度范围后，可使用被配置成产生波长在795纳米～815纳米之间的红外线的激光器来烧结混合物，以打印出或以其他方式产生外部缀饰200。在该增材制造过程中，外部缀饰200通常是自支承式的(self-supporting)，并且可能不需要支架(scaffolding)或其他支撑结构。对于一些实施例，支撑结构的使用可提供额外的益处。
SLS打印工艺是一项强大的3D打印技术，其产生：能够直接用于最终用途使用、小批量生产、或用于快速原型设计的高度精确且耐用的零件。一般来说，选择性激光烧结是一种增材制造(additive manufacturing，AM)技术，它利用激光(例如，二氧化碳激光、高功率激光)将塑料粉末的小颗粒熔化成具有所需三维形状(比如外部缀饰200、夹克、衬衫、鞋、鞋部件、鞋底、鞋舌或鞋跟)的质量块(mass)。更具体地，粉末颗粒可取出自粉末输送系统，在粉末输送系统中活塞将粉末颗粒向前推进，然后粉末颗粒经由滚筒而被移至制造粉床(fabrication powder bed)。激光可通过扫描粉床表面上由零件的三维数字描述(例如，其可能来自计算机辅助绘图(CAD)文件或扫描数据)生成的横截面从而有选择地熔化粉末式颗粒。在每次横截面扫描后，经由制造活塞或其他合适的装置将粉床降低一层厚度，然后在前一层的基础上施加新一层的粉末材料，这个过程不断重复，直到零件完成(即外部缀饰200的所有单层都已被施加)。
在打印烧结材料的同时或之后，所制造的外部缀饰200可被接合到基底，比如织物、软质物品、橡胶、金属、塑料、混凝土、或木材。织物或软质物品可包括：棉、聚酯、混合织物等之中的一种或多种。接合可在相对较低的压力下(比如2～5psi之间)、以及相对较低的热量下(如115～130℃之间)完成。在其他实施例中，接合可在不同的压力范围内进行，比如0～2psi、1～7psi、7～10psi、10～12psi、12～18psi、18～21psi、21～50psi、50～100psi、或100～150psi。在一些实施例中，采用低于标准大气压的压力(如14.696psi)可获得更稳定的熔池和减小的孔隙率。
此外，外部缀饰200在接合之前可不需要额外的处理(除了在打印后对零件进行空气吹扫(air blowing))，并且接合的外部缀饰200可能够经受至少四次清洗循环(washingcycles)(例如，在60℃下持续50分钟的干燥)。此外，使用上述目前的粉末配方可实现低于0.5毫米的打印厚度。外部缀饰200也可被制造成对常见的溶剂(比如但不限于，漂白剂、氨水、丙酮、甲苯、庚烷、去离子水及异丙醇)具有耐化学性。
如图7所示，当缀饰件304在基材302顶部形成时，可创建得到含缀饰物品300。第一缀饰件304可通过使用选择性激光烧结(或其他增材制造技术)来加热和/或熔化粉末(例如，由塑料、玻璃、陶瓷、或金属形成的粉末)而形成，使得第一缀饰件304的第一面308的熔化材料渗透到基材的第一面306中(例如在纤维之间、进入裂缝或空隙，进入凹痕、或在基材302表面上的突起周围。如上所讨论，基材302可构成服饰物品的部分或全部，而第一缀饰件304的第二面310可对观者(比如消费者)可见。这样，缀饰300的全部或部分可得以形成和接合，而无必要利用缝合、声波焊接或热接合。
图7的增材制造可在温度阈值以下和/或压力阈值以下进行。在一些实施例中，所述温度阈值可低于115℃、130℃、178℃～180℃、220℃、或280℃。在一些实施例中，熔化和/或接合可在115℃～130℃之间或178℃～180℃之间进行。在一些实施例中，制造过程中的压力可在0～2psi、1～7psi、7～10psi、10～12psi、12～18psi、18～21psi、21～50psi、50～100psi、或100～150psi之间。因此，所述压力阈值可为2psi、7psi、10psi、12psi、18psi、21psi、50psi、100psi、或150psi。
如图8所示，含缀饰物品400可通过使用以下讨论的多重操作而形成。第一缀饰件404可通过在基材402顶部形成而创建。该第一缀饰件400可通过使用选择性激光烧结(或其他增材制造技术)来加热和/或熔化粉末(例如，由塑料、玻璃、陶瓷、或金属形成的粉末)而形成，使得第一缀饰件404的第一面408的熔化材料渗透到基材的第一面406中(例如在纤维之间、进入裂缝或空隙、进入凹痕、或在基材402表面上的突起周围)。如上所讨论的，基材402可构成服饰物品的全部或部分。
含缀饰物品400的形成可继续进行，方式是：比如通过使用增材制造方法，形成第二缀饰件406(例如，额外的缀饰件)。通过在第一缀饰件404的顶部增材制造第二缀饰件406，从而第二缀饰件406可接合到第一缀饰件404。当第二缀饰件406的第一表面412的至少一部分粘附或融化进入或以其他方式结合到第一缀饰件404的第二表面410时，也可促成两个缀饰件之间的接合。在其他实施例中，使用粘接剂，将第一缀饰件404的第二表面410接合到第二缀饰件406的第一表面412。也可使用其他附接方法，比如使用粘接剂、紧固件或其他附接机制。这样，原本通常需要声波焊接、缝合、或热接合才能附接到基材(例如，织物、软质材料、服饰物品、玩具等)上的材料和/或部件可经由第一缀饰件而附接到基材。在服饰物品的顶部，第二缀饰件的第二面414可暴露于外、并且可对观者(比如消费者)可见。
图8的增材制造可在温度阈值以下和/或压力阈值以下进行。在一些实施例中，所述温度阈值可低于115℃、130℃、178℃～180℃、220℃、或280℃。在一些实施例中，熔化和/或接合可在115℃～130℃之间或在178℃～180℃之间进行。在一些实施例中，制造过程中的压力可在0～2psi、1～7psi、7～10psi、10～12psi、12～18psi、18～21psi、21～50psi、50～100psi、或100～150psi之间。因此，所述压力阈值可为2psi、7psi、10psi、12psi、18psi、21psi、50psi、100psi、或150psi。
优化打印条件
本发明还公开一种优化用于多个可打印式外部缀饰200的打印条件的方法。更具体地，该方法起始于：选择一种低温热塑性粉末、并该粉末与一种添加剂按上述方式混合。然后对所得混合物进行筛分，并确定适当的打印温度范围。然后对该混合物进行烧结，以增材方式制造外部缀饰200的测试床矩阵206，如图5和图6中最佳所示。
一旦外部缀饰200的测试床矩阵206已得以创建，就能测量每个外部缀饰200的伸长率和拉伸强度。基于测量结果，然后能够确定出打印床矩阵206内的最优打印位置，如下文更充分阐释的。在一替代实施例中，该优化打印条件的方法可进一步包括：基于打印床矩阵206内的打印位置，确定每个外部缀饰200的厚度，和/或基于打印床矩阵206内的打印位置，确定每个外部缀饰200的耐化学性。
在本公开的方法的一个示例中，测试了Rowak-35-80粉末与2％石墨的混合物。更具体地，如图1所示，打印了100个ATSM Type-5犬骨形试样，每个犬骨形试样都具有长度(L)和宽度(W)，用以研究打印床矩阵206内不同打印位置如何影响所打印出的犬骨形试样的机械性能。利用ATSM D638测试这些犬骨形试样(塑料的拉伸性能的标准测试方法)。如图5和图6所示，犬骨形试样1-10是具有最高Y值(高度)的测试样品，也是最后打印出的犬骨形试样。另外，以数字“1”结尾的试样是在最靠近打印床202前部处打印出的犬骨形试样，以“5”结尾的试样是在中部处打印出的，而以“0”结尾的试样是在打印床202后部处打印出的。
观察平均伸长率百分比和拉伸强度：试样具有的平均伸长率为456％且标准偏差为7.55％，平均拉伸强度为465.971PSI且标准偏差为14.85％。与高温塑料(比如Nylon-6(拉伸强度：7000PSI，伸长率：90％))相比，伸长率明显较高，而拉伸强度较低。在这个实验中，每个样品由于其具有不同的XYZ坐标(即不是在相同空间打印出)因而是各个独特不同的。因此，该数据表明，如果重复此实验，大约70％的打印样品会具有：在平均伸长率值(456萘酚色淀％)的7.55％偏差以内的伸长率值，以及在平均拉伸强度值(466PSI)的14.85％偏差以内的拉伸强度值。
从测试结果可见，当打印到中部几排时，犬骨形试样51-70显示出最高精度(最低的标准偏差)。然而，在打印开始时打印出的犬骨形试样(即犬骨形试样91-100)和在打印结尾时打印出的犬骨形试样(即犬骨形试样1-10)，具有最低精度。这一信息对于确定打印床矩阵206内零件(比如外部缀饰200)的放置位置很有用。例如，如果希望以高精度打印外部缀饰200，那么，将它们放置在与犬骨形试样51-70相同的位置附近，将会在伸长率或拉伸强度方面赋予最高精度控制。
从测试结果可见，以“8”和“4”结尾的犬骨形试样在伸长率方面具有最高精度(即标准偏差最低)，而以“6”和“9”结尾的犬骨形试样具有最低精度。拉伸强度的趋势几乎与伸长率的趋势相反，而以“4”结尾的犬骨形试样在伸长率和拉伸强度方面都最精确。
额外的测试包括：研究外部缀饰200可以被打印得多薄。如图2所示，外部缀饰200包括：B段中突出显示的第一部分202，以及A段中突出显示的第二部分204。相应STL文件(如后文所说明)的厚度变化为2毫米～0.4毫米，并且使用TMI机器、卡尺和显微镜进行测量。当查看立体光刻或标准曲面细分语言(Standard Tessellation Language orStereolithography，STL)文件时，图3所示的第一部分202的尖端的厚度T应是0.25毫米，而测量结果是0.453毫米(增加1.81％)。类似地，图4所示的第二部分204的厚度T从0.453毫米到1.147毫米不等，从而表明这些测量方法的精度和准确度很低。
此外，为了了解如何清洁外部缀饰200和研究耐化学性，使用了几种常见的实验室溶剂，如上文所讨论的。打印后，将外部缀饰200浸没在特定的溶剂中并滚动两小时。然后将外部缀饰200风干，再在60℃的烘箱中热烘30分钟。虽然样品初始暴露于甲苯和异丙醇中会卷曲，但在风干和热烘后，卷曲都消失。此外，外部缀饰200暴露于氨水时颜色较深，表明有化学腐蚀。
以上所描述包括本申请所要求保护的主题的示例。当然，为了描述所要求保护的主题，不可能对诸个组件或方法的每一种可设想的组合进行描述，但本领域普通技术人员可认识到，所要求保护的主题的许多进一步的组合和排列是可能的。因此，所要求保护的主题旨在涵盖落在随附权利要求的精神和范围内的所有这类变更、修改和变化。此外，在具体实施方式或权利要求书中术语“包括(includes)”所用之处，该术语旨在表示以类似于术语“包括(comprising)”的方式包含在内(inclusive)，如术语“包括(comprising)”在发明要求保护范围中作为过渡型词语时被解释的那样。此外，术语“a、b和c中的一个或多个”、“a、b和c中的至少一个”以及“a、b或c中的至少一个”意指：a、b、c、或其组合，包括a和b、b和c、a和c、或a、b和c。

Claims (24)

1.一种制造方法，包括：
通过在基材上烧结热塑性粉末的方式，在构成服饰物品的基材上形成并附接第一缀饰件，
其中，所述烧结在低于温度阈值的温度下进行，并且所述烧结在低于压力阈值的压力下进行。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一缀饰件包括整个缀饰的所有结构性部件。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一缀饰件是一个完整缀饰的基座。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，进一步包括：使用增材制造工艺形成第二缀饰件。
5.如权利要求4所述的方法，其中，使用所述增材制造工艺形成所述第二缀饰件包括：将所述第一缀饰件和所述第二缀饰件接合，其中，所述增材制造工艺不同于烧结。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，进一步包括：
将低温热塑性粉末与添加剂混合，以形成混合物；以及
对所述混合物进行筛分。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述低温热塑性粉末是聚氨酯或聚酰胺。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述添加剂包括石墨或碳黑。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述添加剂为所述混合物的2％～10％。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，使用被配置成产生波长为795纳米至815纳米的红外线的激光器，对所述混合物进行烧结。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，所述热塑性粉末限于最大尺寸为200微米或更小的颗粒。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述热塑性粉末的熔化温度为80℃至120℃。
13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中，所述基材是织物。
14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，所述第一缀饰件按一种构型进行打印，所述构型选自以下项所构成的组：数字标示、字母标示、字母数字标示、徽标、徽章、几何形状，以及非几何形状。
15.一种增材制造的缀饰件，
包括：
基材，其构成服装产品；以及
第一缀饰件，其通过在所述基材上烧结热塑性粉末而形成并附接到所述基材，
其中，所述烧结在低于温度阈值的温度下进行，并且所述烧结在低于压力阈值的压力下进行。
16.如权利要求15所述的缀饰件，进一步包括：向所述混合物中加入织物活性染料。
17.如权利要求15-16中任何一项所述的缀饰件，其中，所述混合物被筛分以达到200微米或更小的粒度。
18.如权利要求15-17中任一项所述的缀饰件，其中，所述热塑性粉末包括添加剂是石墨或碳黑。
19.如权利要求18所述的缀饰件，其中，所述添加剂是石墨或碳黑。
20.如权利要求18所述的缀饰件，其中，所述添加剂为所述混合物的0.5％～10％。
21.如权利要求15-20中任一项所述的缀饰件，其中，所述第一缀饰件在打印过程中是自支承式的。
22.如权利要求15-21中任一项所述的缀饰件，其中，所述第一缀饰件在115℃至130℃的温度下被接合到织物。
23.一种优化用于多个外部缀饰的打印条件的方法，包括：
将热塑性粉末与添加剂混合，以形成混合物；
烧结所述混合物，以便以增材方式制造出一个包括所述多个外部缀饰的测试床矩阵；
分析所述多个外部缀饰之中的每一个；以及
确定所述测试床矩阵内的最优打印位置。
24.如权利要求23所述的方法，其中，对所述多个外部缀饰之中的每一个的所述分析包括以下项之中至少一项：(a)测量伸长率，(b)计算拉伸强度，(c)确定厚度，以及(d)确定耐化学性。
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