3D打印技術(shù)應(yīng)用于服裝設(shè)計的研究現(xiàn)狀

王斯佳,唐紅玉,鮑 偉,鄧文韜

(常熟理工學(xué)院 藝術(shù)與紡織服裝工程學(xué)院,江蘇 常熟215500)

隨著科學(xué)技術(shù)與時代的發(fā)展,3D打印技術(shù)從問世到應(yīng)用普及,經(jīng)歷了不同階段的創(chuàng)新與改良,至今已在國際空間、生物醫(yī)療、航空航天、建筑和汽車等領(lǐng)域應(yīng)用日趨成熟。應(yīng)用于服裝設(shè)計方面,對傳統(tǒng)服裝設(shè)計的思維方式帶來了新的可能。目前,世界上嘗試將3D打印技術(shù)應(yīng)用于服裝設(shè)計且達到一定成就的設(shè)計師很多。但是由于3D打印材料在性能、質(zhì)感、價格等方面與傳統(tǒng)服裝工藝面料存在一定差異,技術(shù)方法上也截然不同,所以3D打印服裝設(shè)計面臨著更多的難題與挑戰(zhàn)。

1 3D打印技術(shù)概況

3D打印(Three Dimensional Printing)技術(shù)是以立體的三維數(shù)據(jù)為依據(jù),將離散的材料自上而下逐層疊加形成實體的技術(shù),此技術(shù)集中了CAD、CAM、CNC、激光,新材料和精密伺服驅(qū)動等先進技術(shù)精粹,采用全新疊加堆積形成法,與傳統(tǒng)的去除形成法有本質(zhì)區(qū)別,過程原理如圖1所示。

圖1 3D打印技術(shù)堆積疊層的基本原理過程圖

按照采用材料和對材料處理方式的不同,3D打印技術(shù)可分為以下幾種,如圖2所示。

圖2 3D打印技術(shù)主要的成形工藝方法及分類

2 應(yīng)用于服裝的3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)以其強大的物體自由成型及快速打印的能力,在傳統(tǒng)工藝制造業(yè)上激起了一場軒然大波,由此帶動了許多藝術(shù)家的靈感,許多突破次元壁壘的偉大藝術(shù)品被創(chuàng)造出來。3D打印服裝產(chǎn)業(yè),其精確的三維掃描技術(shù)通過數(shù)據(jù)再現(xiàn),為個人打造獨一無二的人體模型,從而實現(xiàn)仿真擬合,達到完美的量體裁衣。

2.1 液態(tài)樹脂光固化技術(shù)的3D打印服裝

2011年,巴黎高定時裝周上出現(xiàn)的3D打印禮服一出場就瞬間驚艷四座。荷蘭設(shè)計師荷本名為“結(jié)晶”的作品造型奇異,線條迷幻,具有高度的藝術(shù)水平,給人強烈的視覺沖擊。荷本選擇液態(tài)樹脂為原料,以光固化技術(shù)為支撐,層層堆疊,形成服裝造型。此技術(shù)的優(yōu)點是:成形精度相對較高,制件結(jié)構(gòu)輪廓清新且表面光滑,適合制作結(jié)構(gòu)形狀非常復(fù)雜的制件。但這種技術(shù)對打印物體的大小有限制,適用于此技術(shù)的光敏材料具有高強度、耐高溫、防水的特點[1]。

樹脂材料雖然有一定的紡織性能,但與傳統(tǒng)面料相比,其柔軟性、親膚性、舒適性、透氣性仍無法達到日常穿戴的要求。此外光敏樹脂材料價格偏貴并帶有一定毒性,使用于服裝不適合長期穿戴。

2.2 尼龍材料的3D打印服裝

ABS、PLA及尼龍粉末等較輕型的塑料也可作為3D打印的優(yōu)良材料。目前,國內(nèi)外生產(chǎn)銷售的尼龍大多只能用選擇性激光燒結(jié)的方法進行加工。2011年,首款以尼龍為材料的3D打印比基尼泳衣出現(xiàn),該泳衣使用熔融沉積和激光燒結(jié)技術(shù)無縫拼接而成,這種尼龍拉伸強度大、彈性好,通過CAD模型優(yōu)化設(shè)計,具有良好的防水性、結(jié)實度與柔韌性[2]。2013年,禮服設(shè)計師Micheal Schmidt和建筑設(shè)計師Francis Bitont聯(lián)手制作了一款全鉸鏈的3D打印禮服,這套禮服與模特的曲線高度貼合,雙肩的凸起極具立體感,傳統(tǒng)工藝還無法展現(xiàn)這種效果[3]。

總體來說,以尼龍為材料制作的3D打印服裝具有的較好柔韌性、機械性、低密度等優(yōu)良性能,使其成為許多服裝設(shè)計師3D打印制作服裝的理想材料之一。但尼龍原料成本高,與傳統(tǒng)面料相比,柔軟度和飄逸感差[4]。

3 新材料在3D打印服裝上的應(yīng)用

3.1 新型生物材料應(yīng)用

由于以往技術(shù)和材料上的不足,3D打印服裝不能適合日常穿戴,研發(fā)人員不斷在材料技術(shù)上做了創(chuàng)新和嘗試,并取得了一定的成果。

麻省理工研發(fā)了一種新款生物混合面料,這種面料以從納豆中提取納豆菌并將其用3D打印技術(shù)打印到氨綸織物中。據(jù)研究發(fā)現(xiàn),納豆生長于環(huán)境比較干旱的水稻秸稈里,對于周圍環(huán)境的濕度和熱量的變化極為敏感,并會因此而發(fā)生擴張和收縮。當(dāng)空氣中濕度增加時,每個納豆細胞可以迅速擴大1～2倍。以納豆菌的獨特特性為靈感,制作出的面料會根據(jù)人們汗?jié)竦那闆r作出反應(yīng)并幫助其排汗與散熱。這種會自動收縮與擴張的面料極大增加了穿著的舒適性,使3D打印服裝也兼具這一功能。如圖3所示為biohybrid生物混合材料。

捷克研究生Lucie Trejtnarová設(shè)計了一款有機3D打印鞋(圖4)。這種鞋用椰子皮和菠蘿皮等天然材料制作而成。鞋底材料為Flexfill 98A,此材料為半柔性,對濕度敏感且具有一定硬度,這些材料專為動態(tài)受壓部件、密封件和鞋墊設(shè)計(圖5)。當(dāng)鞋子不再使用時,可以回收再利用,椰子皮和菠蘿皮屬于純天然的材料,可以在自然中充分被降解,不會對環(huán)境產(chǎn)生任何不良影響。

圖3 biohybrid生物混合材料

圖4 3D打印鞋

圖5 3D打印鞋底

3.2 3D設(shè)計的優(yōu)化材料性能

3D打印是一種技術(shù)與材料密不可分的產(chǎn)業(yè),材料的研究開發(fā)不能完全滿足對于打印產(chǎn)品的需求,這就需要打印技術(shù)和設(shè)備的提升與改進。技術(shù)的主要部分就是3D畫圖軟件,即我們常說的建模軟件,完整的模型數(shù)據(jù)是打印一件物品的基礎(chǔ)。通過建模軟件可以對設(shè)計目標進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,改變原材料的物理性能,從而整體上改變材質(zhì)的性能,達到新材料的效果。

設(shè)計工作室Nervous System研發(fā)出一款名為“Kinematics”的全新3D打印軟件,這款軟件可以分析運動學(xué)模型,打印可連接的三角形模塊,制作出可折疊、柔軟的3D打印服裝,解決塑料材質(zhì)無法折疊、彎曲的情況,設(shè)計師可通過軟件控制每個三角形的尺寸、位置和數(shù)量,也能夠改變其細微形態(tài),制造理想的面料肌理[5]。

4 3D打印技術(shù)下的服裝造型設(shè)計

3D打印技術(shù)應(yīng)用于服裝設(shè)計可以很大程度上減少造型的障礙,可以有更多細節(jié)上的表達,包容性強,對于設(shè)計師的想法可以很大限度的滿足。雖然技術(shù)和材料上仍有不足之處,但通過合理的設(shè)計,方法的優(yōu)化,材料的合理搭配,仍能達到理想的設(shè)計要求。以下分別闡述了3D打印和服裝造型如何更好地結(jié)合。

4.1 外部輪廓造型

自3D打印技術(shù)應(yīng)用于服裝以來,3D打印出來的服裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,造型奇異,突破傳統(tǒng)服裝手段對于造型的限制,達到了一切形態(tài)都可應(yīng)用于服裝造型,一切想象都可用于服裝造型的境界。自然萬物,有形的無形的,固定的流動的,抽象的具體的,都可以變?yōu)榉b的造型。如荷本的作品定格水花(圖6),水花環(huán)繞周身最后凝固為飛濺狀態(tài),外觀看來,水花打破自然形式的限制,呈現(xiàn)出自由靈活的狀態(tài),給人以強的神秘感和藝術(shù)體驗[6]。最終完成的作品帶有設(shè)計師強烈的個人色彩,將設(shè)計師的設(shè)計理念和情感最大限度的具象化,成為集藝術(shù)審美與個人審美于一體的偉大藝術(shù)品。

圖6 定格水花

4.2 內(nèi)部細節(jié)設(shè)計

整體的外部輪廓造型是由無數(shù)細節(jié)堆積排列組合而成,從而形成一個完整的個體。3D打印技術(shù)對服裝細節(jié)的刻畫可以說達到近乎完美的精細程度,如圖7中的服裝,圖案繁復(fù)精美,線條自然,曲率光滑流暢,層層堆疊變化豐富,疏密相見,雜而不亂,具有豐富的節(jié)奏韻律感,繁復(fù)中可窺見其森嚴的秩序?qū)哟巍Ｋ械募毠?jié)如音符一樣,譜寫了整首恢弘的大樂章。不僅在服裝上,服飾配件和鞋子等也是造型設(shè)計的一環(huán),缺一不可。如圖8中鞋子以珊瑚叢為靈感,將其錯綜復(fù)雜,交叉盤旋的生長狀態(tài)和鞋子結(jié)構(gòu)完美結(jié)合,并將其藝術(shù)感表現(xiàn)出來。這種驚人的細節(jié)刻畫也只有3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)。

圖7 3D打印細節(jié)禮服細節(jié)

4.3 三維參數(shù)在服裝設(shè)計造型上的應(yīng)用

3D打印技術(shù)的獨特之處在于以三維參數(shù)為依據(jù)建立模型。傳統(tǒng)服裝的結(jié)構(gòu)片面單一、立體造型感不強,通過三維參數(shù)化設(shè)計可為服裝新形態(tài)構(gòu)建提供變化的邏輯結(jié)構(gòu),賦予服裝更多立體空間的可能性。對于3D打印服裝而言,參數(shù)的變化包括細節(jié)變化、結(jié)構(gòu)變化、造型變化,以三維參數(shù)技術(shù)支撐的建模軟件可完美地構(gòu)建人體曲面形態(tài)[7]。因此,對于3D服裝設(shè)計師而言,不僅要掌握傳統(tǒng)服裝畫圖、量體裁衣的技能,更要能熟練運用3D打印軟件,設(shè)計理想的3D打印服裝。

5 3D打印技術(shù)下色彩的應(yīng)用

色彩問題一直是3D打印設(shè)計的一塊軟肋。因為大部分3D打印技術(shù)目前還不能做到打印物品的同時打印色彩。大多是后期上色,但是后期上色要承擔(dān)材料損壞,色彩不精的風(fēng)險,費時費力。隨著科研人員的研究,3D打印色彩的問題在逐漸改善。打印機制造商Mimaki對外宣布推出Mimaki 3DUJ-553 UV LED打印機,該打印機可以打印1 000萬種色彩,設(shè)計師無需再耗時的手繪,該打印機可以滿足基本類型的3D對象的全色建模的最嚴格的專業(yè)要求,這種全彩色建模方法能夠?qū)崿F(xiàn)FOGRA 39L色域的84%和SWOP色域的90%,這對于3D打印設(shè)計者來說無疑是巨大的福音[8]。

6 結(jié)語

將3D打印技術(shù)應(yīng)用于服裝是服裝設(shè)計行業(yè)的一個重大的、里程碑式的飛躍。盡管當(dāng)下的3D打印服裝由于材料、成本、技術(shù)問題,不適用于日常生活服用,不能普遍應(yīng)用到家庭生活中,但是越來越多的研究人員和設(shè)計師共同研究嘗試新材料、新技術(shù)、新的設(shè)計來不斷完善3D打印技術(shù),通過對造型設(shè)計的研究,細節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升材料性能,最終3D打印服裝日常化、可穿著化、大眾化、私人定制和智能制造將會逐漸普及。