3D打印技術(shù)在服裝上的應(yīng)用

張祥愛，張曉星，李珂悅

(1.廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶526100；2.惠州市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東 惠州516003)

3D打印技術(shù)在服裝上的應(yīng)用

張祥愛1，張曉星2，李珂悅1

(1.廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶526100；2.惠州市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東 惠州516003)

3D打印技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)尚未被廣泛應(yīng)用。闡述了3D打印技術(shù)的概念、原理，分析了3D打印技術(shù)中黏結(jié)成形、光敏成形、熔融成形、選擇性激光燒結(jié)成形等4種不同的成形方式。介紹了3D打印技術(shù)在鞋子、泳衣、禮服中的應(yīng)用，分析了3D打印服裝的優(yōu)勢(shì)及未來(lái)的發(fā)展前景。

3D打??；快速成形；服裝

伴隨著第三次工業(yè)革命的快速發(fā)展，3D打印技術(shù)因其效率高、成本低以及可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制等優(yōu)勢(shì)正在各行各業(yè)掀起巨大的浪潮。越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師、科學(xué)家致力于研究3D打印在服裝上的應(yīng)用。

1 3D打印定義及原理

3D打印技術(shù) （Three-Dimensional Printing Technology）其實(shí)是一種快速成型技術(shù)，被稱之為第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具。它以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，通過軟件進(jìn)行材料分層及成型控制。目前3D打印技術(shù)采用的都是特殊材料，例如細(xì)胞組織、金屬粉末、陶瓷粉末或者塑料等。這些特殊材料通過激光束或熱熔噴嘴的方式進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)而成形。因此， “材料堆積”是3D打印技術(shù)的本質(zhì)，即塑料、金屬粉末等材料通過機(jī)械、化學(xué)或物理的方法按照一定的順序添加進(jìn)去而形成實(shí)體[1]。3D打印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示。

圖1 3D打印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程

2 3D打印常用技術(shù)方法

根據(jù)使用材料的不同，3D打印有黏結(jié)成形、光敏成形、熔融成形、選擇性激光燒結(jié)成形4種成形方法[1]。

4種成形方法所適用的材料如表1所示。

表1 3D打印常用成形方法所適用的材料

黏結(jié)成形可以用于制作色彩工件，其原理是采用黏結(jié)劑與粉末材料加層形成成品。光敏成形是利用UV樹脂在激光的作用下可聚合的原理，逐層堆積成形。熔融成形利用尼龍等熱塑性材料在加熱器里熔融，通過噴頭嘴打印出一層層0.1～0.2 mm厚的材料，通過X-Y-Z軸的運(yùn)動(dòng)，將原料逐層堆積而成。選擇性激光燒結(jié)成形所采用的原理與光敏成形是相似的，只是其材料可選擇性比較高。無(wú)論何種成形法，都是采取原料加層方法形成3D物體，與2維打印機(jī)相比，3D打印機(jī)多了一維，即Z軸，通過X-Y-Z軸的運(yùn)動(dòng)，將原料逐層堆積而成。4種成形方法的原理如圖2至圖5所示。

圖2 黏結(jié)成形原理

圖3 光敏成形原理

圖4 熔融成形原理

圖5 選擇性激光燒結(jié)成形原理

目前3D打印服裝一般使用熔融成形或者選擇性激光燒結(jié)成形這兩種成形方法。

3 3D打印在服裝的發(fā)展現(xiàn)狀

世界上第一家3D服裝工作室是在2009年由法國(guó)藝術(shù)家丹尼爾·威德里格創(chuàng)辦的[2]。目前3D打印技術(shù)在服裝上的應(yīng)用還處于起步階段。

3.1 禮服

在美國(guó) 《時(shí)代》雜志中，被列為 “2010年50項(xiàng)最佳發(fā)明”中就有來(lái)自威德里格和 Iris Herpen的禮服。時(shí)裝設(shè)計(jì)師利用樹脂原料通過光固化讓樹脂堆疊成炫彩禮服。同年7月，阿姆斯特丹時(shí)裝周上展示的 “結(jié)晶”主題時(shí)裝成為了3D打印由此跨入時(shí)裝設(shè)計(jì)界的標(biāo)志。巴黎高級(jí)定制時(shí)裝周上，Iris van Herpen為了表現(xiàn)自然界強(qiáng)大的生命力，通過3D打印創(chuàng)造出一系列硬朗、夸張、異想天開的立體感極強(qiáng)的服裝，例如 “流動(dòng)的水” “黑色蟒蛇” “白色骷髏裝”還有與United Nude合作的 “獠牙利齒”的獸牙高跟鞋等。范·荷本2015春/夏時(shí)裝是3D打印的磁力運(yùn)動(dòng)系列時(shí)裝——“成年時(shí)尚”，由此證明范·荷本在藝術(shù)、材料和服裝中都有極大的成就。然而Iris van Herpen的3D打印時(shí)裝作品所使用的面料大部分都是塑料、橡膠和金屬等非傳統(tǒng)制衣材料[3]。

除了Iris van Herpen，有一些設(shè)計(jì)師致力于研究采用尼龍?jiān)现谱?D服裝。2013年，世界上首款全鉸鏈?zhǔn)?D打印的禮服于服裝設(shè)計(jì)師Micheal Schmidt和建筑設(shè)計(jì)師Francis Bitont手上誕生。這套鑲嵌了13 000顆施華洛世奇水晶的禮服與模特的曲線有著高度的貼合感。雙肩極具立體感的凸起是目前傳統(tǒng)制作方法無(wú)法達(dá)到的。這套采用粉狀尼龍為原料的黑色網(wǎng)格面料禮服涂上光滑黑漆涂層，后現(xiàn)代感十足。2014年設(shè)計(jì)師 Jessica Rosenkrantz設(shè)計(jì)的3D長(zhǎng)裙看上去就像棉質(zhì)一般，具有非常好的流動(dòng)性、柔軟度，舒適性也得到了很大改善[4]。同年12月，尼龍和樹脂被以色列時(shí)裝設(shè)計(jì)師Noa Raviv運(yùn)用于其畢業(yè)作品 “Hard Copy”。這個(gè)融合了3D打印元素、復(fù)雜平面圖案和變形的網(wǎng)格的系列作品，展現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)代版3D打褶織物薄紗印花服裝秀。

紐約大學(xué)的車雪迪教授和佩德雷羅-奧利維拉教授發(fā)明了一種智能化的3D打印裙。當(dāng)穿著該裙子的用戶使用社交網(wǎng)絡(luò)越多時(shí)，就會(huì)變得越透明[5]。

塑料等各種硬質(zhì)材料被設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)成環(huán)狀或者片狀結(jié)構(gòu)，再通過環(huán)狀結(jié)構(gòu)制成的服裝，充滿了后現(xiàn)代主義風(fēng)格。穿在身上就感覺像盔甲、雕塑、塑料繩毛衣，因此這類3D打印服裝更多的只是代表了設(shè)計(jì)師的一種設(shè)計(jì)主張，而非真正日常中隨意穿著的服飾。然而，3D打印服裝正從時(shí)裝向日常裝和功能性服裝發(fā)展。

3.2 鞋子

2013年2月23日，世界上第一款3D打印的足球鞋—Vapor Laser Talon Boot由耐克公司設(shè)計(jì)并對(duì)外宣傳。這雙僅約150 g的足球鞋不但擁有很漂亮的外觀，而且可以增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員在前40 m的沖刺能力。Vapor Laser Talon Boot基板是將塑料性顆粒材料在3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用選擇性激光燒結(jié)的成形方式制成的。無(wú)獨(dú)有偶，紐巴倫 (New Balance)繼耐克之后，也采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，推出了自己的3D田徑跑鞋[6]。

2014年美國(guó)Continuum Fashion工作室設(shè)計(jì)了Strvct—— 一款即能真正穿著又時(shí)尚的3D打印時(shí)尚涼鞋。

去年，來(lái)自倫敦的設(shè)計(jì)師沙姆斯·亞丁和研究人員研發(fā)了一款神奇的生物跑鞋。其可以在一夜之間完成自我修復(fù)并取名為 “阿米巴”。當(dāng)穿著時(shí)，壓力、運(yùn)動(dòng)、光或熱發(fā)生變化時(shí)，這種跑鞋能夠迅速感受到并產(chǎn)生反應(yīng)。而且可以通過浸泡不同的培養(yǎng)液改變跑鞋的顏色。

3.3 泳衣

2012年8月世界上首款3D打印的比基尼泳衣 “尼龍12”[7]出現(xiàn)了。 “尼龍12”的厚度僅0.7 mm，具有牢固、易彎曲、輕便等特點(diǎn)，經(jīng)水浸泡后會(huì)更加柔軟舒適。該款泳衣兩件套合計(jì)約4 000元人民幣。

3.4 內(nèi)衣褲

2013年，Tamicare公司使用自己的材料開發(fā)出了世界上首個(gè)3D打印一次性內(nèi)褲。2014年，中國(guó)內(nèi)衣品牌愛慕也嘗試了3D打印技術(shù)，并已經(jīng)有對(duì)外銷售的產(chǎn)品。

3.5 配飾系列

2013年7月倫敦設(shè)計(jì)博物館中，Catherine Wales展出了他的 “Project DNA”配飾系列作品。這些未來(lái)感十足的太空面罩、光滑飄逸的羽毛肩襯甚至巴洛克風(fēng)格的緊身胸衣等都是白色尼龍通過3D打印技術(shù)制成的[8]。

世界上第一臺(tái)多功能3D打印機(jī)于2014年4月26日在青島國(guó)際時(shí)裝周上亮相。這臺(tái)不僅能打印硬質(zhì)材料而且能打印彈性軟質(zhì)材料的機(jī)器是由青島尤尼科技有限公司自主研發(fā)的。主要可用于打印衣服、模特模具、鞋帽和配飾等，打印速度可達(dá)到9 cm/s，打印物體最大可達(dá)到長(zhǎng)60 cm、寬60 cm、高80 cm的規(guī)格[9]。

就目前而言，3D打印技術(shù)只能作為服裝設(shè)計(jì)師日常平淡無(wú)奇之余的設(shè)計(jì)中的靈光一現(xiàn)，這些出其不意的設(shè)計(jì)僅能作為服裝上的錦上添花而已，還未能成為主流。

4 3D打印在服裝應(yīng)用上的展望

與傳統(tǒng)的服裝生產(chǎn)技術(shù)相比，3D打印技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢(shì)[10]。

（1）真正實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化，能夠按照設(shè)計(jì)隨心所欲地生產(chǎn)；

（2）省去了傳統(tǒng)工藝的多道工序，一次成形、效率高；

（3）節(jié)能環(huán)保，采用增量法，基本上不會(huì)導(dǎo)致廢棄物的產(chǎn)生。而且隨著3D打印技術(shù)和紡織新材料的不斷研發(fā)，同時(shí)也借助3D人體測(cè)量、CAD等技術(shù)，自動(dòng)化的 “單量單裁”將會(huì)實(shí)現(xiàn)?？梢韵胂笪磥?lái)的某一天，客戶可以在家或在任何地方打印自己所需要的紡織服裝產(chǎn)品。消費(fèi)者只需購(gòu)買打印服裝所需的原材料或者用于3D打印的服裝款式圖，而不再是紡織服裝企業(yè)實(shí)際的服裝成品。由于3D打印技術(shù)的數(shù)字性，紡織服裝企業(yè)成功的決定因素將是靈感和創(chuàng)意，而非生產(chǎn)規(guī)模。

縱觀目前的3D打印服裝，似乎都是采用塑料等硬質(zhì)材質(zhì)。然而隨著新型3D打印耗材的出現(xiàn)以及3D打印新技術(shù)的不斷發(fā)展，打印出柔軟的衣服指日可待。

4.1 尋找合適的3D打印耗材

在已出現(xiàn)的3D打印服裝中，所使用的材料基本上都是塑料。顯然尋找出合適的3D打印服裝耗材是一個(gè)瓶頸。以前，3D打印服裝可能大多用于產(chǎn)業(yè)用，然而如今，3D打印服裝正往民用產(chǎn)品發(fā)展。由于現(xiàn)代人越來(lái)越注重健康、環(huán)保，生物材料成為了人們最先考慮到的材料之一。歐美的服裝設(shè)計(jì)師預(yù)言，PLA由于其獨(dú)特的成衣效果有可能通過SLS技術(shù)應(yīng)用于3D打印的服裝上。也有業(yè)內(nèi)專家指出，PTT也可以通過3D打印技術(shù)制成高檔風(fēng)衣、男士夾克衫、女性時(shí)裝等。而且其制品可能具有良好的時(shí)裝效果以及易護(hù)理性，將有望改善3D服裝的成品效果。還有PVA、PA11、TPU等材料都是有望用于3D服裝打印[11]。

4.2 3D打印新技術(shù)的研發(fā)

通過研究目前已有的3D打印服裝，我們或許可以通過研發(fā)出新的打印方法來(lái)解決材料所帶來(lái)的局限性[12]?？梢栽O(shè)計(jì)軟件來(lái)改變3D打印服裝的細(xì)微形態(tài)，例如控制各個(gè)打印單元的大小、排列和數(shù)量的軟件，進(jìn)而解決3D打印服裝無(wú)法折疊的問題。還應(yīng)研發(fā)出3D打印色彩技術(shù)，以便3D打印出色彩斑斕的3D服裝。

5 結(jié)語(yǔ)

在未來(lái)的某一天，我們有了服裝的構(gòu)思后，馬上可以在家里自己打印出成品來(lái)，而不用在服裝廠里進(jìn)行批量化生產(chǎn)。這樣的3D打印服裝使 “撞衫”的可能性大大地降低。自產(chǎn)自用的綠色和高效是3D技術(shù)更為深遠(yuǎn)的意義。我們只需要花費(fèi)批量生產(chǎn)的成本就可以做出單件產(chǎn)品，避免了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式對(duì)資源的浪費(fèi)。

如今，3D打印由于具有快捷、高效等特點(diǎn)已經(jīng)在各行各業(yè)得到迅速的推廣。對(duì)于服裝行業(yè)來(lái)說(shuō)，3D技術(shù)也將或者說(shuō)正在掀起一場(chǎng)新的革命。

[1] 房巨強(qiáng).三維打印快速成形機(jī)理及其加工質(zhì)量控制技術(shù)研究 [D].沈陽(yáng):東北大學(xué)，2010.

[2] 阿諾爾德.3D“打”出來(lái)的世界 [J].東西南北，2012（21）:12-21.

[3] 何昕蓉，莊靜茹.3D打印技術(shù)在服飾表現(xiàn)中的設(shè)計(jì)運(yùn)用 [J].藝術(shù)科技，2015（6）:104-104.

[4] 沈仰云.基于3D打印技術(shù)的服飾設(shè)計(jì)教學(xué)探索 [J].藝術(shù)科技，2014（10）:18-18，67-67.

[5] 袁琳.3D打印新技術(shù)讓衣服如棉布般柔軟 [J].紡織裝飾科技，2015（2）:15-15.

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[7] 美國(guó)時(shí)裝設(shè)計(jì)師協(xié)會(huì)首席顧問 伊麗莎白·曼德拉劉樹英 譯.紡織服裝產(chǎn)業(yè)3D技術(shù)動(dòng)向與發(fā)展趨勢(shì) [N].企業(yè)家日?qǐng)?bào)，2015-08-16W02.

[8] 宋佳，宇文塔曼.淺談3D打印技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景 [J].中小企業(yè)管理與科技 (中旬刊)，2015（29）:201-201.

[9] 張閃.淺析3D打印技術(shù)在服裝中的應(yīng)用 [J].國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)，2014，42（2）:59-60，62-64.

[10]周莉，莘月，張龍琳.基于3D打印技術(shù)的服裝設(shè)計(jì)探析 [J].裝飾，2014（5）:88-89.

[11]鮑阿賽.服裝智能設(shè)計(jì)的變革——3D打印技術(shù)[J].湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，36（3）:123-125.

[12]服裝可以3D打印嗎?［EB/OL］.2012-12-25［2013-04-06］.http://www．nynet．com．cn/news/ 63334.html.）

THE APPLICATION OF 3D PRINTING TECHNOLOGY IN CLOTHING

ZHANG Xiang-ai1，ZHANG Xiao-xing2，LI Ke-yue1
(1.Guangdong Polytechnonic College，Zhaoqing Guangdong 526100，China;2.Guangdong Huizhou Quality&Measuring Supervision Testing Institute，Huizhou Guangdong 516003，China)

As a new technology，3D printing technology has not been widely used.This paper expounded the concept and principle of 3D printing technology.Four different ways of forming and its application in shoes，bathing suits，dresses were analyzed.The advantages of 3D printing clothing and the prospect were introduced.

3D printing，rapid prototyping，clothing

TS941.2

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2016.04.010

1672-500X(2016)04-0047-05

2016-10-11

張祥愛 （1989－），女，廣東潮州人，碩士，研究方向：紡織服裝材料。