一體成型技術在服裝中的應用與發(fā)展

摘 要：一體成型服裝比常規(guī)縫紉服裝更加舒適、美觀，且生產過程具有損耗少、效率高等特點，一直是服裝領域研究的熱點?；仡櫫?種主要的一體成型技術在服裝生產中的應用與發(fā)展歷程，從最早的模壓成型生產罩杯技術，到目前蓬勃發(fā)展的兩種針織技術（無縫內衣和全成型毛針織），以及初見端倪的3D打印服裝技術。了解一體成型技術的起源與應用現狀有助于推動服裝設計創(chuàng)意與技術的融合，促進服裝技術的創(chuàng)新發(fā)展和新技術在服裝設計中的應用，推動未來服裝產業(yè)的變革。

關鍵詞：服裝;無縫技術;模壓成型;針織;3D打印

中圖分類號：TS941.64

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）03-0056-06

Application and Development of Integrated MoldingTechnologies in Garment Production

LUO Xiaoju

（School of Design and Textiles， Jiaxing Vocational Technical College， Jiaxing 314001， China）

Abstract：Integrated molding garment is more comfortable and fashionable than conventional garment， and its production process is characterized by little loss and high efficiency. It has been a hot topic in the field of clothing research. The application and development history of four main integrated molding technologies were reviewed， ranging from early compression molding technology for cup production to two booming knitting technologies （seamless underwear and full molding wool knitting）， and the emerging 3D printing clothing technology. Understanding the origin and application status of integrated molding technologies contributes to promoting integration of garment design creativity and technology， facilitating innovative development of garment technology and application of new techniques in garment design， and driving the reform of garment industry in the future.

Key words：garment; seamless technology; compression molding; knitting; 3D printing

服裝在加工過程中需要進行拼接縫合，拼接縫合不但消耗了材料資源，浪費了時間，同時也會增加拼接處的硬度，對穿著后的行動造成不便，對服裝美觀性也有所影響?！耙惑w成型服裝”也叫“全成型服裝”，其生產采用低耗損或零耗損的方式拼接，一次性成型。設計者們僅需要在一體成型設備操控的電腦前，輕觸屏幕，設置技術參數，就可以制作出各式各樣的成衣，大大減少了裁剪縫合時間，節(jié)省了材料，有利于緩解服裝行業(yè)勞動密集型企業(yè)的用工壓力。從消費價值來看，無縫服裝在舒適性、無擠壓感、輕便、透氣、美觀性等方面具有明顯的優(yōu)勢。目前，設計者們正在努力通過加強相關技術設備的發(fā)明和新材料的應用等方面來提升無縫服裝的時尚價值和商業(yè)價值[1-2]。

本文主要回顧4種一體成型技術在服裝生產中的發(fā)展歷程和現狀，包括模壓成型制備罩杯技術，針織圓機制備無縫內衣技術，電腦橫機制備全成型毛針織服裝技術，以及3D打印服裝技術，通過了解服裝技術的發(fā)展狀態(tài)，促進服裝產品的科技創(chuàng)新。

1 模壓成型罩杯

采用模壓成型技術可以把平面的坯布制成具有立體效果的罩杯。該技術起源于美國，最早可以追溯到1887年，在醋酸纖維發(fā)明前，大多數的成型都是在熱固型材料上進行的。因此，該技術是一種將高分子材料在模具內加熱、加壓的成型技術，形成的罩杯成為一體結構，避免了拼接問題，光滑、無縫的罩杯形態(tài)避免剖縫結構對杯體產生的壓力，具有更良好的穿著舒適性。1949年，Bihaly[3]在專利中公開了一種利用熱塑性醋酸纖維與非熱塑性紗組合制作罩杯的成型方法，被稱為Bihaly專利。隨后，Shearer[4]也做了類似的罩杯成型研究，比Bihaly專利在成型過程更自動化。1963年，美國專利中首次報道了用蕾絲面料裝飾的模壓一體成型文胸[5]，標志著模壓罩杯技術的成熟。

國內對模壓成型罩杯研究的起步較晚，始于20世紀90年代。近十年才開始對模壓成型罩杯進行深入研究，在成型效果、水洗效果等性能方面進行改進，包括襯墊材料[6]，生產工藝[7]，模壓罩杯的性能[8-9]的全面研究，使罩杯的模壓成型技術日趨成熟。

模壓成型罩杯技術如圖1，目前襯墊材料使用的主要是聚氨酯泡沫，其成型裝備和成型示意圖如圖1（a）、圖1（b）所示，將聚氨酯發(fā)泡板置于固定的母模頭上，在溫控器的控制下，將模具頭加熱到預定的溫度，然后通過壓縮空氣垂直壓下公模具頭，成型后自動釋放。

這種模壓成型方法直接由模具尺寸和形態(tài)來生產，生產效率高。該技術的關鍵是控制模壓成型參數，Wu等[10]采用反應曲面分析法（RSM）分析成型因素對模壓罩杯形狀的影響，并且得到了一個二次多項式預測模型。

Y=β0+∑βiXi+∑βiiX2i+∑βijXiXj+ε

式中：Y為響應結果（這里為設計形狀與實際成型的一致率），β為擬合系數，X為影響因素（成型溫度、時間和模頭尺寸大?。?，ε擬合誤差。

通過該模型預測得到，在溫度200 ℃，模壓時間140 s，36C模頭的成型一致率最高，達到83%。另外，徐瑤瑤等[11]采用三維掃描儀獲取模杯的點云數據，用逆向工程軟件進行實體模型構建，獲得控制文胸模杯曲面形態(tài)的特征曲線，實現模杯的直接設計。隨著女性對曲線美與舒服性要求的提高，基于精確模杯曲面形態(tài)特征的提取和重構，實現個性化模杯定制具有廣闊的市場前景。

2 圓機制備無縫內衣

無縫內衣技術主要指采用最小的接縫數量，頸、腰、臀等部位無需接縫一次成型，胸部、腰部、肩部的余量通過添加不同的組織結構進行消除。該技術源自襪機，早在1978年，Johnson[12]在專利中描述了一種用圓襪機制造無縫內褲的方法，該內褲由橫、縱向交錯編織的前后兩幅片組成，后片縱向較長，且比前片更厚實，前后幅片中間由回旋編織的褲襠閉合，縱向延伸的布邊與襪翻口形成腿部開口。1984年，意大利勝歌（Sangiacomo）公司申請了一項無縫內衣針織機的專利，并與一家以色列公司合作制造了無縫內衣針織機的樣機[13]。該公司2004年加入Lonita公司[14]，目前主要機型為JUMBO型單針筒無縫成形針織機，可根據不同的原料編制單層和雙層的腰邊，可生產同一線圈中橫列中多個顏色提花和底色組織。1988年，Lonita公司發(fā)明了第一臺無縫針織機，當時圣東尼（Santoni）就是Lonita公司無縫針織機研發(fā)小組的研發(fā)者和負責人。至今，他們依然是無縫針織機器的領跑者，圣東尼擁有最寬的8路到12路的無縫全成型機型[15]，其中Top2 Fast是其最新的一款高速單面電子提花針織圓機，具有8路喂紗系統(tǒng)，每路2只16級選針器，每兩只選針器控制1路喂紗系統(tǒng)，成圈三角由步進馬達控制，可在程序指令下自動調節(jié)線圈密度。具備3功位或者二功位+1個色紗編制技術，可編織平針、提花、浮線、集圈、假羅紋、吊針、浮線添紗花型及橡筋襯墊等組織。哈夫盤上的哈夫針可實現自動扎口，高錘沉降片在程序指令下可實現面料局部毛巾組織的編織。程序控制無級變速，可在機器運轉中隨意設定轉速。該設備不僅可用于生產內衣、運動裝，還能生產針織外套，圖2為圣東尼Top2 Fast無縫針織圓機及其產品，代表著目前無縫針織圓機領域的最先進技術。另外還有一家德國Merz公司，也是作為無縫技術設備的主要生產商之一，但其布局重點在醫(yī)用無縫針織領域[16]，在服裝領域的普及度遠不及圣東尼，主要的機型為CC4Ⅱ-8型，8路，筒徑范圍25.4～43.18 cm（10～17英寸），獨立選針，全3功位編織技術，具備移圈功能，可用來生產雙面折口、彈力折口，以及網眼、皺褶和加固組織等。

目前在無縫硬件設備基本成熟的情況下，其發(fā)展研究主要集中在“軟件”上，軟件主要指款型和組織結構設計方面[17]。朱文俊等[18]介紹了單面無縫內衣組織結構的設計方法，并以具體花型為例，說明了無縫內衣的編織工藝。金子敏等[19-20]對男女無縫內衣的壓力舒適性分別進行了研究。王迪等[21]通過二維與三維相結合的設計方法，建立了用于緯編無縫內衣生產的原型紙樣的研究。未來，款式和舒適依然是無縫內衣追求的主要方向，在特定無縫機型下，款式的創(chuàng)新主要由原料和組織結構變化來實現，因而可更多地關注原料、組織結構、版型和舒適性之間的相關性研究。

3 全成型電腦橫機

手工編織毛衣應該是最早的無縫服裝[22]，由于手工效率低，現已基本被電腦橫機取代。1991年，Spencer[23]首先公開了用四針床橫機舌針緯編編織一體服裝的方法，生產過程不需任何縫合，由兩針床分別編制身體和袖子的前片和后片，另外兩針床用于翻針移圈實現整體編織服裝。而Spencer[24]提出了用傳統(tǒng)兩針床橫機舌針編織整體服裝的方法，首先，同時編織袖子和身體到袖孔部分，然后將這兩部分連接，最后編織剩余身體部分從而完成整件服裝。Yu等[25]討論了三維針織橫機生產不同層次的三維織物，通過毛衫針腳、管子和盒子制作帶不同立體針織效果的無縫羊毛衫。

目前在全成型服裝設備領域，主要為德國的斯托爾（Stoll）公司和日本島精（Shima Seiki）公司。斯托爾公司成立于1873年，它先后發(fā)明了世界上第一臺可雙反面組織編織的手搖橫機和電腦橫機，如今，已實現了無縫服裝的一次性成型制作，斯托爾稱這種技術為“織可穿”。目前，公司織可穿共有5種機型，分別為CMS 530 HP，CMS 730 T，CMS 822 HP，CMS 830 S，CMS 830 C。以上機器均配有起針梳和切夾紗裝置，部分型號配備有一些特殊裝置，如：壓腳、長閉彈簧式沉降片、二次線圈調整、馬達控制的線圈預備三角及電磁夾紗裝置等。其中CMS 530 HP是小尺碼編織機型，工作寬度為127 cm，適用于編織織可穿嬰兒裝、童裝及附件配飾。CMS 730T型是唯一可配備2個輔助針床，工作寬度183 cm，機號E6.2到E7.2，可編織12到14針的平針無縫織物。CMS 822HP配備有4個系統(tǒng)，工作寬度213 cm，在合機頭的情況下可高效編織超大尺寸的織可穿織物。CMS 830S的工作寬度可218 cm，使得生產織可穿產品最優(yōu)化，可織特大號服裝。CMS 830C配備有3個系統(tǒng)，工作寬度213 cm，機號E 2，5.2，尤其適合超粗針距的縫織物的生產，紗線消耗量低，產量高，可生產超大尺寸織物。

日本島精公司成立于1937年，在制造輕質服裝尤其在舒適無縫服裝領域成績顯著[26-27]，比如早期的swg-v和swg-x系列整體電腦橫機，就能編織一件有連續(xù)圖案的毛衣[28]。今天，該公司提供了一系列更先進的自動針織機，可編織所有類型和風格的無縫手套和襪子，以及全成型的服裝。該公司的全成型橫機命名為“WHOLEGARMENT”，配備獨家研發(fā)的SlideNeedle全成型針，可生產各種各樣的產品。目前最先進的MACH系列，共有MACH2XS、MACH2X、MACH2S3種型號，MACH2XS在以往的V型針床上增加2張針床，并配備了R2CARRIAGE急速回轉機頭系統(tǒng)和彈簧式可動式沉降片，加快了每行的機頭回轉速度，更容易編織復雜的組織。采用i-DSCS+DTC智能型數控紗環(huán)系統(tǒng)+能動張力控制裝置可以實現根據需要進行送紗及返紗（收回多余紗線）。對于通常編織比較困難的彈性紗，花色紗，大肚紗以及脆弱易斷的高級羊絨等也可以實現高速編織，從而進一步提高生產效率，改善產品質量。MACH2X和MACH2S是MACH2XS的精簡品種，MACH2XS沒有彈簧式可動式沉降片，MACH2S是MACH系列里最經濟的一臺，但同樣支持廣泛的生產樣式，可使用所有織針編織8～16針產品，也可使用隔針生產全成型產品。圖3為采用島精橫機制備的全成型服裝，不僅能生產傳統(tǒng)的全成型毛衣如圖3（a），還可以生產休閑類西服如圖3（b），未來的市場前景極其廣闊。

4 3D打印服裝技術

1984年，美國專利公開了一種3D服裝成型方法[29]。在這種方法中，衣服和其它布料先做成設定的3D狀，用模具保持最終產品的形狀，用剩余的布來構造一個完整服裝外殼。當時人們就相信，伴隨聚合物包括纖維、塑料、紙張以及CAD等技術的發(fā)展，3D建模技術將成為一項重要的技術在未來的紡織行業(yè)領域發(fā)揮重要的作用。然而這項技術遲遲沒有在服裝領域獲得突破，今天，3D打印技術的出現，重新燃起了希望。傳統(tǒng)織物基本上是二維的（由經紗、緯紗水平、垂直或十字交叉而成），也就是說面料只可以在X和Y平面上伸展，而3D打印將允許材料在Z平面上伸展，這樣制作的織物會更透氣，面料也不易起皺。具體來講，3D打印技術是將需要打印的對象進行建模，然后利用可塑性材料直接進行打印成型，生成一個完整實物的方法[30]。根據成型原理，主要有4種類型：一是光固化成型技術（SLA）[31]，它是利用紫外光照射液態(tài)光敏樹脂發(fā)生聚合反應，來逐層固化并生成三位實體的成型的方法;二是激光熔化/燒結成型技術（SLM/SLS），常以聚合物、金屬粉和陶瓷粉為原料，在高溫下用激光融熔融聚集成型[32];三是熔融沉積法（FDM），它是以PLA（聚乳酸）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）樹脂為主要原料，經高溫熔融，通過噴嘴加入冷卻物后形成固體材料[33];四是三維打印快速成型技術3DP，它是從噴頭噴出粘結劑，將平臺上的粉末粘結成型，通常用石膏粉作為成型材料。

生產工業(yè)用3D打印機企業(yè)主要有美國Stratasys，美國3D Systems，荷蘭Shapeways，比利時iMaterialise，以色列Objet[34-35]。3D打印技術早已滲入服裝領域，比如像荷蘭的Iris Van Herpen，英國的Catherine Wales、德國的Michael Schmidt已經開始使用這種3D技術制作個性化服裝。其中，荷蘭設計師Iris van Herpen[36]與麻省理工大學教授NeriOxman合作，采用Stratasys公司的Objetconnex多種材料3D打印機成功制作了多個系列的3D打印的服裝，自2013年春夏巴黎時裝周起陸續(xù)展出。圖4示左兩款為3D打印服裝效果[37]，右一款為Iris van Herpen巴黎時裝周秋冬系里中的一款，非常具有質感。

根據圖4展示的成果，僅從技術上看，3D打印服裝已經完全可行，但是打印的產品普遍存在無柔韌性，質感僵硬的缺點，整體上還處于初級階段。隨著科技的更新進步，這項技術的成本將急劇下降，優(yōu)勢將不但呈現，在過去的服裝銷售中，設計和生產一件衣服，需要賣出幾百件才能收回開發(fā)和制作成本，3D打印減少了設計師的工作量，小批量個性化生產的時代即將到來，這種技術在直到商家收到訂單為止，前期開發(fā)成本幾乎為0。當然，在材料問題未得到解決之前，3D打印服裝看起來仍然像是一個藝術項目，而不是一個真正的行業(yè)。

5 展 望

本文從最早的模壓成型罩杯技術到今天的3D打印服裝技術，詳細回顧了服裝領域中4種主要一體成型技術的發(fā)展。了解一體成型技術在服裝生產的起源與應用有助于推動服裝設計的創(chuàng)意與技術的融合。

相信在未來，無縫罩杯市場的份額將進一步增加，模壓成型技術參數模型的構建，可以大大減少文胸模壓生產中的試錯次數，提高無縫模壓罩杯生產效率和降低生產成本;隨著高支紗線的應用和多樣化的版型引入到無縫針織技術中，未來的無縫針織技術不僅能用于制作內衣，運動服飾，毛衫，還能生產如西裝之類的休閑外套，以及各種“仿機織”風格產品，市場前景廣闊;3D打印服裝技術連紡紗工序也省略了，是對傳統(tǒng)紡織行業(yè)的一次革新，由西安工程大學孟家光教授團隊研究開發(fā)的立體打印針織面料的生產技術，實現了針織面料組織模型的打印以及立體打印針織服裝的制作[38]。由于目前的3D打印需要熱塑性材料，因而化學纖維或再生纖維有望最先在3D打印服裝上得到應用。產品的創(chuàng)新必須緊密與科學技術結合，可以預測“無縫針織”和“3D打印”這兩種一體成型最先進的技術，必將給服裝行業(yè)帶來巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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