3D打印技術(shù)在女裝設計中的應用

鄧文韜，唐紅玉，鮑 偉，王斯佳

(常熟理工學院，江蘇 蘇州 215500)

紡織服裝產(chǎn)業(yè)往往是衡量國家輕工業(yè)生產(chǎn)水平的先導產(chǎn)業(yè)，目前，中國的紡織服裝產(chǎn)業(yè)無論是生產(chǎn)、出口還是消費方面在世界上都是首屈一指的大國，但不可忽視的是隨著國家經(jīng)濟發(fā)展與產(chǎn)業(yè)升級，服裝產(chǎn)業(yè)在日益強大與繁榮的同時，也面臨著愈發(fā)嚴峻的挑戰(zhàn)，如勞動力成本上升、品牌價值偏中低端等。近年來3D打印技術(shù)在醫(yī)療與建筑領(lǐng)域都有較快的發(fā)展，也推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。本文從女裝的特點及發(fā)展現(xiàn)狀和3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及與女裝設計結(jié)合的可能性探索進行了研究，為相關(guān)工作提供參考。

1 服裝產(chǎn)業(yè)概況

現(xiàn)代社會賦予服裝更多的社會屬性與功能，是人們不可或缺的生活必需品。服裝的功能性遠不是其價值的全部，在符合人體需求的條件下，人們對服裝美的要求愈加強烈，在消費觀念上也發(fā)生明顯的變化。從銷售總額上來看，紡織服裝產(chǎn)業(yè)作為世界第三的行業(yè)，僅次于旅游業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)，廣泛分布于世界各地，是大多數(shù)國家實現(xiàn)工業(yè)化的先導產(chǎn)業(yè)，同時也是衡量國家輕工業(yè)水平的重要標準之一。我國服裝產(chǎn)業(yè)有規(guī)?？偭看蟆a(chǎn)品質(zhì)量不高、產(chǎn)品附加值低、國際品牌匱乏等特點。隨著發(fā)展規(guī)模的不斷擴大，面臨的挑戰(zhàn)也將愈發(fā)嚴峻。

2 3D打印技術(shù)概況

目前3D打印技術(shù)主要為三大類別：SLA光固化制造技術(shù)、LOM疊層實體制造技術(shù)、FDM熔融沉積成形技術(shù)，此外還有SLS選擇性激光粉末燒結(jié)技術(shù)、DED多層激光熔覆技術(shù)、3DP三維打印成型技術(shù)，在原料、工藝及成品特性方面有各自的優(yōu)勢與不足。

2.1 光固化制造技術(shù)

光固化制造技術(shù)原料主要使用特制的光固化樹脂，利用激光產(chǎn)生的能量通過一系列化學與熱作用使得樹脂從液體固化為所需樣品。其制作流程大致為通過CAD制作模型樣板數(shù)據(jù)包生成STL文件，STL文件適用于打印系統(tǒng)，生成參數(shù)控制激光逐層固化樹脂，通過這個方式堆積出所需的三維實體零件。光照的方式分為三種，一是蒙版遮光達到塑性目的，二是控制激光掃描頭達到塑性目的，三是投影一定形狀的光源，進行固化塑性[1]。相較于其他3D打印技術(shù)，光固化打印技術(shù)擁有更高的效率，這種方法也叫 SLA 方法。由于發(fā)展較早，SLA的技術(shù)儲備相對更為充足，具有速度快、精度高的優(yōu)勢，但也有其不足之處，即大部分光敏樹脂在發(fā)生化學變化與受熱時會揮發(fā)有毒物質(zhì)，存在危險性，在制作上對工作環(huán)境有更高的要求。

光固化樹脂有不同的種類可供選擇：通用型樹脂：成品為白色，有一定強度與硬度，以丙烯酸為材料基底，是最常用的3D打印原料，易于后期加工處理；通用型臺灣進口原料樹脂：成品特性與通用型樹脂相同，適用于Form1/Form2設備；柔性彈性樹脂：具有強勁韌性與柔性，適用于服裝、鞋模等產(chǎn)品的制作；類ABS硬性樹脂：區(qū)別于其他樹脂材料，該種樹脂具有高透明性；牙科樹脂：該類樹脂適用于牙科醫(yī)療，擁有極佳的精度與低縮性，可滿足牙模制作的精度要求；剛性樹脂：區(qū)別于通用型樹脂，剛性樹脂表面更加光滑。

2.2 疊層實體制造技術(shù)

疊層實體制造也稱薄形材料選擇性切割，涉及數(shù)控、計算機、自動化等一系列高精尖的生產(chǎn)技術(shù)，是增材制造技術(shù)的重要組成部分，由激光頭、光控系統(tǒng)、坐標結(jié)構(gòu)、材料傳送帶、熱壓黏貼結(jié)構(gòu)、升降臺和總控系統(tǒng)組成，這種技術(shù)也叫LOM技術(shù)。

目前該技術(shù)的制作原料為紙與木頭，適用于特定紋飾要求的服裝設計，但其設備維護相對昂貴，需特殊維護的制備間，雖然原料成本低廉，但高昂的維護費用使其在小規(guī)模生產(chǎn)中并沒有價格上的優(yōu)勢。由于原材料自身所具備的屬性，LOM技術(shù)適合制作成形體積較大，對功能性如彈性、硬度要求較低的物體。

2.3 熔融沉積成型技術(shù)

融熔沉積成型又稱熔融擠出成型(FDM)，原材料主要使用絲狀材料，能夠在高溫下熔融，并在常溫下冷卻固形。絲狀材料首先在送絲機構(gòu)的幫助下被運送至噴嘴中。材料在噴嘴中被加熱為熔融態(tài)，計算機根據(jù)前期設計的數(shù)據(jù)包導出分層截面信息并控制噴嘴沿數(shù)據(jù)規(guī)定的路徑和速度進行移動，熔融態(tài)的材料從噴嘴中擠出，在空氣冷卻固化，每次通過該操作打印一層平面，下層大致固化完全后，工作臺下移或噴嘴上移一層，通過逐層制作最終得到想要的成品。由于制作原理和原材料本身所具有的特性，在制作時要注意用料以及噴頭的熱平衡，確保成品與設計需求相符。制作原料能夠使用目前市場通用的ABS、PC等材料，原料成本相對低廉，但成品表面光滑度不夠，精度較低，且因為依賴于空氣冷卻，制作速度緩慢。

2.4 三維打印成型技術(shù)

區(qū)別于其他3D打印技術(shù)，三維打印成型技術(shù)擁有小型化和易操作等特點，是適用于實驗、辦公與個人創(chuàng)作的3D打印技術(shù)。大致可分為三類：壓電式、熱爆式、DLP投影式。壓電式類似于傳統(tǒng)2D噴墨打印技術(shù)，精度高。熱爆式原材料主要為粉末狀，選擇種類廣泛，成本較低，但精度與光滑度低。DLP投影式類似于SLA打印技術(shù)，原料使用光敏樹脂，成品擁有SLA制造成品的特性，精度與光滑度較高。

2.5 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)也稱SLS技術(shù)，主要工作臺為粉末床，依賴粉末本身的特性，依靠激光對粉末進行選擇性燒結(jié)。這也就導致了激光燒結(jié)技術(shù)是成型原理最復雜、條件最高、設備及材料成本最高的3D打印技術(shù)之一，但相對于其他3D打印技術(shù)，SLS技術(shù)是發(fā)展前景最好、制作與材料范圍最大，實用性最強的3D打印技術(shù)。按照制作原理，SLS技術(shù)可選擇任何通過加熱能夠黏連的粉末材料，石蠟、尼龍、金屬、陶瓷粉末和它們的復合材料都是當前相對成熟的SLS技術(shù)原材料。

圖1 激光燒結(jié)技術(shù)作品

3 3D打印技術(shù)在服裝產(chǎn)業(yè)的應用現(xiàn)狀

3.1 商業(yè)化

從2011年開始，3D打印技術(shù)開始進入服裝制造業(yè)，Shapeways公司利用SLS技術(shù)3D打印出比基尼泳衣，通過簡單的尼龍材料，實現(xiàn)了特殊的面料結(jié)構(gòu)，在保證強度的基礎上使面料富有彈性，這也是3D打印技術(shù)服飾產(chǎn)品商業(yè)化開啟的里程碑。

圖2 3D打印泳衣

3.2 量產(chǎn)化

2015年，英國Tamicare公司的Cosyflex系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了3D打印紡織品量產(chǎn)化，此系統(tǒng)具備年產(chǎn) 300萬件的能力，與傳統(tǒng)制造業(yè)相比，其生產(chǎn)系統(tǒng)在精簡生產(chǎn)環(huán)節(jié)的同時減少了不必要的原料浪費，更加環(huán)保與便捷。

3.3 高效化

服裝設計師通過3D 打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更具創(chuàng)意的服裝設計，產(chǎn)品也可根據(jù)消費者的體型與需求進行私人定制，不需要人臺和打樣等費時費力的準備環(huán)節(jié)，從準備到制作僅需各類儀器與數(shù)據(jù)，人工成本極大降低。

4 3D打印技術(shù)在女裝設計中的應用

女裝在滿足女性生理需求的同時也在一定程度上滿足了其心理需求，此外還可反映女性的文化背景與社會地位。將3D打印技術(shù)運用在女裝設計中，需要考慮多方面因素，在女裝設計基本原則的基礎上進行設計。本文從女裝風格出發(fā)，對3D打印技術(shù)的運用進行了探討。

4.1 前衛(wèi)

前衛(wèi)風格女裝青睞于新型材質(zhì)，廓形張揚不羈，大量運用分割、撞色等造型手法，個性是該類服裝風格的內(nèi)核。3D打印相對于其他生產(chǎn)技術(shù)更易實現(xiàn)夸張的造型，可用3D打印技術(shù)制作出服裝的基本骨架，然后將布料進行縫合，從而實現(xiàn)夸張的造型需求。但就商業(yè)化生產(chǎn)，由于前衛(wèi)風服飾往往分割線簡單，不會有大量的修身曲線成分，在衣服制作上，流水線生產(chǎn)更具優(yōu)勢。

4.2 運動

運動風格女裝更加注重功能性，對結(jié)構(gòu)與面料有獨特的要求，以適合健身運動。3D打印服裝更容易實現(xiàn)無縫合線的工藝，減輕運動者與面料之間的摩擦，提升了穿著體驗。使用柔性彈性樹脂等新型材料，甚至能設計出完美貼合人體，彈性適中，在保護肌肉組織的同時提高運動表現(xiàn)的高科技運動衣。缺點是服裝生產(chǎn)設備要求高，材料昂貴。

4.3 浪漫 古典與民俗

浪漫風格女裝材質(zhì)選擇多樣，色調(diào)純度較低，垂墜、蓬松、柔美；古典風格女裝大量運用手工制衣手法與傳統(tǒng)文化元素，烘托歷史沉淀與典雅感，對材質(zhì)與工藝手法上有較高的要求；民俗風格女裝將民族元素應用到服裝中，保留符號化的色彩、圖案與工藝技巧，將制式形制巧妙的融合在整體設計中，孕育出獨特的文化涵養(yǎng)[2]。這些風格主要體現(xiàn)于細節(jié)與廓形，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢就在于能夠制作極其復雜的紋樣裝飾，使得面料更具立體、層次感，甚至能夠擬態(tài)生物材質(zhì)，滿足人們的各種創(chuàng)意，制作出風格更為突出的服裝。

5 結(jié)語

基于商業(yè)化成本因素，3D打印技術(shù)將主要運用于特殊結(jié)構(gòu)和復雜服飾設計上。3D打印在快速實現(xiàn)設計師設計要求的同時，也降低了人工參與的成本，是服裝產(chǎn)業(yè)走向自動化生產(chǎn)不可忽視的大方向。但目前市場上大部分3D打印機無法實現(xiàn)整件成衣的制作，往往需要各部位拼接組合，因此女裝設計時需要考慮整體性。