3D化的機(jī)織、針織和無紡織物

吳欣娟

D的不同之處在于深度。長度、寬度和厚度或被稱之為深度，這是人的視覺產(chǎn)生的三個(gè)維度。無巧不成書，三維已成為整個(gè)紡織行業(yè)中最新最顯著的特征。其厚度的特異性就在于有別于傳統(tǒng)的2D針織、編織和無紡布?？梢赃@樣說，世界上幾乎所有物品都具有長度、寬度和深度。但當(dāng)傳統(tǒng)的機(jī)織、針織、非織造織物與人造的長度和寬度相比，第三維度看似變得無足輕重，因?yàn)?，在過去的 20 年間，工程師和設(shè)計(jì)師們深入研發(fā)2D紡織品，其中的厚度也越來越變化多樣。即使這樣，3D紡織品也在悄無聲息地出現(xiàn)，特別是復(fù)合材料工業(yè)領(lǐng)域，目前它又在向其他技術(shù)領(lǐng)域拓展，如橫機(jī)或多款服裝市場。

說得更清楚些，關(guān)于長度和寬度，3D織物對(duì)深度或顯著的形狀都有個(gè)非常明確的概念，每種都具有視覺明顯的可衡量性。不過，在真實(shí)的3D織物里，無論是機(jī)織、針織或無紡布的結(jié)構(gòu)，深度必須充分納入整個(gè)紡織結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)、工程和制造工藝而形成。鑒于這一定義，3D織物的深度并不是添加組件或多個(gè)層被縫合或膠合或在已完成的基本織物后組裝在一起。

事實(shí)上，概念上的3D紡織品或3D織物結(jié)構(gòu)已存在了很長的時(shí)間。大多數(shù)情況下，人們只是不承認(rèn)或沒有這種提法罷了。通常情況下，紡織制造工藝具有廣度，已有多種方法生產(chǎn)3D紡織品。每個(gè)過程提供的屬性部分類似于傳統(tǒng)的二維固有特性。一般情況下，3D編織具備拉伸性和一致性，3D機(jī)織也能提供穩(wěn)定性和均勻性。3D無紡布能批量生產(chǎn)且能控制密度。當(dāng)提花系統(tǒng)納入機(jī)織或針織面料制造設(shè)備時(shí)，它大大增加了個(gè)性操控性和穩(wěn)定性。因此，它雖然錯(cuò)綜復(fù)雜，卻可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)織或針織物的形狀、圖案和幾何圖形。

在紡織結(jié)構(gòu)中加入第三維并使其貫穿全部，這就通過紗經(jīng)緯紗形成明顯的3D維度，它幾乎擺脫了傳統(tǒng)紡織技術(shù)的局限，直接增強(qiáng)和改進(jìn)了產(chǎn)品的性能。工程師或設(shè)計(jì)師幾乎可以想象，這種強(qiáng)化產(chǎn)品，從非常復(fù)雜且完全過時(shí)的單件服裝到復(fù)合材料預(yù)制件，其范圍涵蓋之廣是前所未有的。在多維紗線系統(tǒng)中，它通過深度或“Z”方向允許設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)，或創(chuàng)建目標(biāo)并設(shè)定減輕或弱化應(yīng)力集中區(qū)，增強(qiáng)其拉伸性并支持其他基本的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。這種可能性遠(yuǎn)非毫無止境，但相當(dāng)多的應(yīng)用工程師和設(shè)計(jì)師，他們代表了廣泛的行業(yè)和分類市場，正探索著3D紡織提供的潛在機(jī)會(huì)。

3D的諸多可能性

3D紡織應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)。在諸多情況下，它重量輕、強(qiáng)度高，是3D紡織品有效利用率提升的主要?jiǎng)右颉?D在航空航天、軍事和汽車，其減輕的重量可直接轉(zhuǎn)化為提高能源效率的推手，且還能提高性能，因此它要成為工業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，也要引領(lǐng)其他工業(yè)和技術(shù)。

諸多領(lǐng)域也同樣使用了3D紡織品。在許多主要成分是金屬的復(fù)合產(chǎn)品上，3D編織技術(shù)已在減輕重量上表現(xiàn)出具有同等或更好的性能。如，美國CFM公司開發(fā)制造的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)家族，即其中的扇葉片就使用了3D紡織物，它大大減輕了產(chǎn)品重量。又如，法國賽峰集團(tuán)和費(fèi)爾菲爾德均利用了3D紡織產(chǎn)品，美國通用電氣公司研發(fā)的新型噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)扇葉片也采用了3D紡織物。3D編織碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片等部件促使發(fā)動(dòng)機(jī)總成燃油效率提高近15%。

3D機(jī)織物的應(yīng)用

3D織物的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，復(fù)合材料的高能見度和多功能也備受人們推崇，3D紡織在應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域時(shí)創(chuàng)建了向下滴流效應(yīng)。這個(gè)術(shù)語雖然陌生，但它實(shí)實(shí)在在已進(jìn)入一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。隨著知識(shí)的積累，提高識(shí)別和使用數(shù)據(jù)庫的3D紡織品也促進(jìn)了技術(shù)人員采用這項(xiàng)整體技術(shù)的信心，從而被廣泛地接受和自我成長。

密集編織的三維織物非常適用于復(fù)合材料的應(yīng)用，它能在設(shè)計(jì)及編程中充分實(shí)現(xiàn)自身的價(jià)值，還能控制纖維鋪放的三維編織技術(shù)，也可創(chuàng)造不同的橫截面形狀包括“T”“L”“F”“+”以及完全集成的結(jié)構(gòu)預(yù)制件，即不同截面形狀和5～125毫米的厚度和織坯均可生產(chǎn)。

如果高強(qiáng)度和輕盈性是3D織物發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)因素，即使它不是其他應(yīng)用的主要驅(qū)動(dòng)力，接下來它需要強(qiáng)化的肯定是其他性能。工程師和設(shè)計(jì)師現(xiàn)在所研究的3D紡織品僅作為一種工具用以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)并使其從設(shè)計(jì)研究中獲益。應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和大眾化普及的提高，它使設(shè)計(jì)和工程工具更有效率，從而讓我們更好地了解如何把3D紡織品再弄上一個(gè)臺(tái)階。加上三維紡織品的先天優(yōu)勢，帶有個(gè)性化的纖維的定位和定制的3D纖維制品均能派上很多用場。

3D編織技術(shù)的應(yīng)用

無論是經(jīng)紗還是緯紗3D編織法，它們都提供了令人難以置信的設(shè)計(jì)工程多功能性。雖然一些3D編織的應(yīng)用可涉及剛性復(fù)合材料，但使用的絕大多數(shù)是軟性產(chǎn)品。一般情況下，經(jīng)編通?？蓜?chuàng)建比緯編更穩(wěn)定的織物，縱橫交錯(cuò)的循環(huán)技術(shù)又創(chuàng)造了天然的柔軟性、批量化和整合性。因此，3D機(jī)織往往又能提供3D的密集性和硬度，3D編織常常表現(xiàn)出固有的柔韌性、靈活性和彈性。多方向拉伸以及復(fù)原性，厚度和密度及重量均可設(shè)計(jì)成或設(shè)計(jì)出3D針織面料。更不要說，對(duì)一些設(shè)計(jì)，一個(gè)模式的建設(shè)可能是在前面的面料，而一個(gè)完全不同的配置可能會(huì)在后面。曲線、輪廓、口袋和其他配置可以被納入完整成型的整體服裝。紋理、密度和厚度均可添加或刪除，近似形狀均可創(chuàng)建，它還可集成多個(gè)組件的橫截面，以及多個(gè)定制的紗線系統(tǒng)完全設(shè)計(jì)成整體形狀的預(yù)制件和最終產(chǎn)品，以最大限度地提高性能和效率。

在針織間隔織物的完整結(jié)構(gòu)中，3D無紡的結(jié)構(gòu)可超過50mm的厚度，這種厚度有助于制造特殊的填充應(yīng)用材料，提高座椅和床墊或其他空氣流動(dòng)，而舒適度、透氣性或嵌合的醫(yī)療應(yīng)用無縫壓縮裝也可通過3D編織來實(shí)現(xiàn)。3D紡織物模式還可改善絕緣和聲學(xué)性能。

3D無紡技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)需要，可通過幾種不同的方法制造3D無紡布。傳統(tǒng)的毛氈、絕緣墊等復(fù)合剎車盤等高密度產(chǎn)品生產(chǎn)曾使用針刺沖壓技術(shù)。但今天，各種絕緣和其他無紡品，如美國公司用熔融紡絲技術(shù)研發(fā)出用于制造無塵或氣流網(wǎng)和3D增量制造技術(shù)。

所謂的增量制造是屬于3D打印的范疇，它在技術(shù)上不屬于紡織制造，但可作為3D紡織應(yīng)用到其他任何領(lǐng)域。從純粹的3D技術(shù)角度看，它有內(nèi)在的固化能力，即為聚酯準(zhǔn)確定位，或在任何厚度情況下創(chuàng)建完整的3D集成結(jié)構(gòu)。3D無紡一度引發(fā)很大的爭議，3D打印也仍處于方興未艾時(shí)期，因此并不完善。但要知道，它在聚酯材料領(lǐng)域的應(yīng)用是無限的。當(dāng)然，3D打印還不完美，有待于進(jìn)一步完善。

3D紡織品，其市場和應(yīng)用清單還在繼續(xù)發(fā)展和擴(kuò)大。隨著設(shè)計(jì)和工程效益的繼續(xù)擴(kuò)大，新的創(chuàng)新應(yīng)用程序會(huì)繼續(xù)促進(jìn)大眾的接受度。

（據(jù)美國紡織世界最新資料http：//www.textileworld.com/textile-world/nonwovens-technical-textiles/2016/07/3-d-textiles-the-difference-is-depth/）