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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden der äußeren Randkontur an dreidimensionalen Textilien mit Laserstrahlung. Sie kann bevorzugt für die Herstellung nahtloser Bekleidungsstücke (seamless textiles), die durch Web-, Wirk- bzw. Strickprozesse endkonturnah in einem Verfahrensschritt gefertigt worden sind, eingesetzt werden. Dabei ist es gewünscht, solche Textilien körpernah herzustellen, was bedeutet, dass den fertigen Textilien oder Bekleidungsstücken bereits bestimmte Formen eingeprägt sein können, die der eigentlichen Körperform eines Trägers nachempfunden sind bzw. dieser entsprechen. Insbesondere bei Textilien, die unter den Begriff „Funktionswäsche” fallen, ist die Erfindung einsetzbar. Dies trifft auch für Textilien, die von gehandicapten Personen (z. B. bettlägerig, Stützstrümpfe) getragen werden, zu. Bei Bekleidung, die dauerhaft im Bett oder am Körper getragen werden, ist es sinnvoll, auf zu Druckstellen führende Nähte zu verzichten. Eine räumliche dreidimensionale Struktur kann durch die Fadenstruktur und/oder die Textilarchitektur, unabhängig ob sie in einem einstufigen oder mehrstufigen Herstellungsprozess hergestellt worden ist, erreicht werden.
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Die in Rede stehenden Textilien sind dabei üblicherweise elastisch. Sie werden häufig mit mehreren Lagen oder Schichten textiler Materialien, die auch unterschiedlich sein können, eingesetzt. Die Lagen/Schichten sind dabei lokal miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt häufig im Bereich der äußeren Ränder. Der Textilstoff ist in der Regel aus Polymermaterial oder einer Mischung aus Natur- und Polymermaterial hergestellt.
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Für die Konfektionierung der Textilien ist ein zusätzliches Vernähen der einzelnen Lagen/Schichten nicht erforderlich. Es muss lediglich ein Formschnitt durchgeführt werden, mit dem die äußere Randkontur maßgenau hergestellt und ein Abfallrand abgetrennt wird.
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Bei planaren Textilien, wie sie beispielsweise für die Herstellung von Airbags eingesetzt werden, ist es bekannt, Markierungen einzuweben, die optisch detektiert und für die Steuerung von Laserstrahlen, die zum Ausschneiden von Konturen eingesetzt werden, genutzt werden. Die zu schneidenden Materialien sind dabei räumlich fixiert und es muss nur in einer Ebene geschnitten werden.
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Für schlauchförmige Textilien ist es aus
EP 1 460 165 A1 bekannt, diese auf einen schlauchförmigen Träger aufzuziehen und dann bevorzugt mit einem Laserstrahl das Textil auf dem schlauchförmigen Träger auszuschneiden. Dabei sollen der Träger und die Schneideinrichtung relativ zueinander bewegt werden. Der Träger soll dabei um eine Achse gedreht werden können. Es ist darin auch angedeutet, dass der schlauchförmige Träger ein an eine anatomische Form angelehntes Profil aufweisen kann.
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Dadurch ist aber keine zumindest ausreichend körpernahe Herstellung von Textilien möglich, die auch den tatsächlichen Gebrauch und die übliche Körperhaltung bei angezogenem Textil am Körper eines menschlichen Trägers berücksichtigt. Es kann so zu Faltenbildung beim Tragen oder zu Spannungen des Textils führen, die für den Träger unangenehm sind. Falten können dabei ähnlich negativ wirken, wie Nähte, die ja bei der Erfindung aber vermieden werden können und sollen.
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Der Laser als bevorzugtes Schneidwerkzeug soll dabei lediglich zum Schneiden solcher Textilien gesteuert werden, was zu Fehlern beim Schneiden führen kann, obwohl dass jeweilige zu schneidende Textil am schlauchförmigen Träger durch Unterdruck fixiert gehalten werden soll.
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Bei mehrlagigen Textilien werden häufig unterschiedliche textile Materialien in den Lagen eingesetzt, die unterschiedliche Eigenschaften und Dicken aufweisen können. Bei einem Textil, wie z. B. einem T-Shirt, sollen bestimmte Bereiche unterschiedliche Elastizität aufweisen, die beispielsweise bestimmte Körperbereiche zu einer schnelleren und besseren Durchblutung anregen, diese stützen oder den äußeren sportlichen oder modischen Eindruck betonen sollen.
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Die Lagen sind üblicherweise in Bereichen verbunden in denen später eine Naht für die Verbindung mehrerer Teile eines Textils hergestellt werden soll. Die Lagen werden häufig als Gewebe, Gestrick oder Gewirk hergestellt, so dass die Kettfäden vom Kettbaum abgeleitet werden und das mehrlagige textile Gebilde nicht in der Breite variabel hergestellt werden kann. Dadurch sind Ränder vorhanden, die ab- bzw. ausgeschnitten werden müssen.
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Durch die vorab erwähnten Unterschiede ist es aber problematisch, die Ränder der gewünschten Kontur nah auszuschneiden und dabei die lokal unterschiedlichen Eigenschaften des textilen Materials, deren verschiedene Dicken und die gewünschte Kontur des fertig hergestellten Textils zu berücksichtigen und eine Faltenbildung zu vermeiden.
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Dies kann mit der bekannten Technik nicht in ausreichendem Maß erreicht werden.
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Aus der
WO 2008/113367 A2 ist es bekannt, Körperdaten von Kunden für Bekleidungsstücke zu ermitteln und diese an einen anderen Ort zu übermitteln. Dort soll ein sogenanntes einstellbares Mannequin auf die jeweiligen Körperdaten des Kunden eingestellt und ein vom Kunden gewünschtes Kleidungsstück diesem Mannequin übergezogen werden, so dass der Kunde den passgenauen Sitz des Kleidungsstücks sehen und überprüfen kann. Dies soll für den On-line-Einkauf genutzt werden können.
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Die
DE 10 2006 006 104 A1 betrifft eine verstellbare Schneiderbüste, die ebenfalls auf das Maß eines Kunden mit vorab ermittelten Körperdaten eingestellt werden kann, um eine Maßanfertigung von Kleidungsstücken an einem vom Kunden entfernten Ort durchführen zu können.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, dreidimensionale Textilien passgenau für ein körpernahes Tragen zur Verfügung zu stellen, wobei lediglich ein Formschnitt durchgeführt werden soll, mit dem die äußere Randkontur maßgenau hergestellt und ein Abfallrand abgetrennt werden kann und dabei unterschiedliche Eigenschaften des jeweiligen Textils, verschiedene Dicken und die gewünschte Kontur berücksichtigt sowie eine Faltenbildung vermieden werden sollen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Dabei kann mit einem Verfahren nach Anspruch 8 gearbeitet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Bei der Erfindung wird ein zu schneidendes Textil auf einen Spannkörper aufgezogen. An dem aufgezogenen Textil wird das Schneiden mit einem Laserbearbeitungskopf ausgeführt. Am Spannkörper ist mindestens ein Spannelement vorhanden. Alternativ dazu oder zusätzlich kann der Spannkörper verformt werden, um ein Textil in eine körpergerechte Form zu bringen. Spannelemente können dabei lokal definiert am Spannkörper vorhanden sein, die eine gewünschte vorgegebene Form durch ein Auseinanderfahren oder Spreizen in bestimmten Bereichen bewirken. Dadurch können Konturen eines menschlichen Körpers nachgebildet werden. An der Oberfläche des Spannkörpers können bestimmte Bereiche aus einem elastischen Material gebildet sein. Diese können nach dem Aufziehen eines Textils dann mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch gespannt und nach außen bewegt werden. Dabei kann die gewünschte Kontur genauso berücksichtigt werden, wie eine Konfektionsgröße für Textilien. Es sind beispielsweise die Anordnung von Muskelgruppen oder bestimmter Körperkonturen (wie z. B. der Schulterbereich) abbildbar.
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Ein Spannkörper kann erfindungsgemäß aber auch Bereiche aufweisen, die mit dem aufgezogenen Textil in eine bestimmte Form bewegt werden können. Dies ist beispielsweise im Arm- oder Beinbereich von Textilien möglich, indem eine bestimmte Beugung nachvollzogen wird. Dabei wird ein Teilbereich eines Spannkörpers nach dem Aufziehen eines Textils entsprechend gebogen, bevor das Schneiden durchgeführt wird.
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Hierfür kann/können Spannelement(e) oder der Spannkörper mechanisch, hydraulisch und/oder pneumatisch betätigt oder bewegt werden.
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Für eine präzise Einhaltung der gewünschten Maßhaltigkeit beim Schneiden ist am Laserbearbeitungskopf ein Sensorelement zur Erfassung der äußeren Randkontur und/oder von Markierungen am Textil, die die auszuschneidende Kontur vorgeben, vorzusehen. Das Sensorelement sollte bevorzugt ein optischer Detektor sein. Dies kann eine Videokamera mit einer Bild- oder Mustererkennung sein. Das Sensorelement kann in einen Laserbearbeitungskopf, in dem zusätzlich optische Elemente für die Auslenkung und/oder Formung des Laserstrahls aufgenommen sein können, integriert sein. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein Laserbearbeitungskopf zum Schneiden dreidimensional bewegt wird, was vorteilhaft mit einem geeigneten Industrieroboter, der auch mehr als drei Freiheitsgrade berücksichtigen kann, realisiert wird. Die Schneidbewegung und die Detektion können so gekoppelt miteinander durchgeführt werden.
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Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den Spannkörper allein oder zusätzlich entsprechend zu bewegen. So kann beispielsweise der Spannkörper, wie aus dem Stand der Technik bekannt, um eine Achse gedreht und andere Achsen mit der Bewegung des Laserbearbeitungskopfes berücksichtigt werden. Dadurch kann die Taktzeit verkürzt werden, da ein eingesetzter Industrieroboter dann ein oder zwei Achsen nicht oder nur mit reduzierter Geschwindigkeit berücksichtigen muss. Am Antrieb für die Bewegung des Spannkörpers kann mindestens ein Sensor, z. B. ein Drehwinkelsensor, vorhanden sein, dessen Signale für die Steuerung des Schneidens beim erfindungsgemäßen Verfahren genutzt werden können.
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Bei der Erfindung kann eine elektronische Steuerung die mit dem Laserbearbeitungskopf, einem Antrieb für eine Bewegung und/oder Verformung des Spannkörpers und/oder das Sensorelement verbunden ist, eingesetzt werden. Dadurch können mit dem Sensorelement erfasste Positionssignale, die für den auszuschneidenden Randbereich repräsentativ sind, für die Bewegung des Laserstrahls entlang der Schneidkontur genutzt werden. So kann die Genauigkeit erhöht werden, auch wenn es beim Aufziehen eines Textils auf einen Spannkörper zu Positionierfehlern gekommen ist.
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Mit der Erfindung bearbeitbare Textilien können aus PES, PP, PA6.6, PAN, PBT, mit Elasthan und Naturmaterial gemischt, hergestellt sein. Dabei können auch mehrere dieser Materialien für die Herstellung eines Textils eingesetzt werden. Durch eine lokale Veränderung der Maschenlänge, der Maschenstruktur und Materialkombinationen können die Textileigenschaften, wie Materialdichte, Materialdicke, Dehnbarkeit, Steifigkeit, Saugfähigkeit, Isolationsvermögen, Reflexion, Wärmespeicherkapazität, Wärmeübergangskoeffizient und Wärmeleitfähigkeit, entsprechend lokal eingestellt werden.
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Als Laserstrahlquelle kann bevorzugt ein CO2-Laser mit einer geringen Leistung, die kleiner 200 W sein kann, eingesetzt werden. Es können aber auch andere Laserstrahlquellen, wie z. B. Festkörper- oder Diodenlaser genutzt werden. Bei der Auswahl kann das Absorptionsvermögen des Materials aus dem das jeweilige Textil hergestellt worden ist, berücksichtigt werden. Da jeweils einzelne Stege/Fäden/Maschen zertrennt werden müssen, kann die Laserstrahlung auch gepulst zum Trennen genutzt werden. Die erreichbare Bearbeitungsgeschwindigkeit liegt im Bereich einiger Millimeter pro Sekunde bis zu einigen Metern pro Sekunde.
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Mit der Erfindung kann ein Schnittbild/-muster erreicht werden, welches sich in Ober- und Unterlage unterscheidet.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 in schematischer Form und beispielhaft ein zum Schneiden der äußeren Randkontur auf einen Spannkörper aufgezogenes Textil und
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2 das für die Bearbeitung mit Laserstrahlung mittels des Spannkörpers in Form gebrachte Textil.
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In 1 ist ein auf einen Spannkörper 2 aufgezogenes Textil 1, das hier ein Oberteil mit zwei Ärmeln ist, gezeigt. Der Spannkörper 2 ist in einer Form und Größe, die kleiner als die Sollform des fertig geschnittenen und zum körpernahen Tragen fertig hergestellten Textils 1.
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In der 2 ist gezeigt und angedeutet, wie eine Veränderung des Spannkörpers 2 dazu führen kann, dass die Sollform des Textils 1 vor der Durchführung des Schneidvorgangs erreicht werden kann.
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Bei diesem Beispiel sind am Spannkörper 2 im Bereich der Ärmel Spannelemente 2.1 vorhanden. Diese können auseinander bewegt werden, was mit den Pfeilen angedeutet ist. So ist neben einem einfachen auseinander Spreizen auch eine Verschwenkung von Spannelementen 2.1 möglich, wodurch im oberen oder unteren Bereich des Textils eine größere bzw. kleinere Aufweitung mit den Spannelementen 2.1 erreicht werden kann. Dies ist mit den entsprechend gebogenen Pfeilen angedeutet.
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Spannelemente 2.1 können aber auch senkrecht oder parallel zueinander translatorisch verschoben werden. Durch ihre äußere Kontur kann so eine gewünschte Anpassung an eine Sollform erreicht werden.
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An der Oberfläche des Spannkörpers 2, hier an den Spannelementen 2.1, sind Bereiche 2.2 vorhanden, die aus einem elastischen Material gebildet sind und pneumatisch oder hydraulisch gespannt, nach außen bewegt oder verformt werden können.
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Die Bewegung der Spannelemente 2.1 oder der Bereiche 2.2 kann in gesteuerter oder geregelter Form erfolgen. Dadurch können unterschiedliche Konfektionsgrößen, Herstellungsarten eines Textils oder Passformen berücksichtigt werden.
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In nicht dargestellter Form kann ein Laserstrahl mittels eines Handlingsystems, wie einem Industrieroboter, entlang der gemittelten Sollbahn der Schnittkontur geführt werden und das Trennen realisieren. Dabei kann das so geführte Laserbearbeitungswerkzeug (Laserbearbeitungskopf) in mehreren Freiheitsgraden manipuliert werden, so dass ein dreidimensionales Schneiden möglich ist. Die unterschiedlichen Freiheitsgrade können vom Handlingsystem und/oder dem Laserbearbeitungswerkzeug berücksichtigt werden. Die mit dem Laserbearbeitungswerkzeug zu berücksichtigenden Zusatzachsen können kleiner/kürzer als die des Handlingsystems sein. Es kann so ein gezieltes Trennen einzelner Stege/Fäden erreicht werden.
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Es kann mindestens ein Sensor, als optisches Messsystem (ein optischer Detektor, Detektorarray) eingesetzt werden. Dadurch kann an Hand der ortsaufgelöst detektierten charakteristischen Maschenstruktur (Steg/Loch-Verhältnis) eines Textils 1 die dreidimensional zu schneidende Kontur erkannt, überwacht und für eine Regelung des Schneidprozesses genutzt werden. Der gewählte Detektionsbereich sollte aufgetretene dreidimensionale Lageänderungen erkennen können.
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In ebenfalls nicht dargestellter Form kann am Handlingsystem und/oder dem Laserbearbeitungswerkzeug eine Vorrichtung vorhanden sein, mit der Abfallbereiche des Textils 1 aus dem Schneidbereich des Laserstrahls fern gehalten werden können.
