3D打印技術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)

紡織服裝產業往往是衡量國家輕工業生產水平的先導產業，目前，中國的紡織服裝產業無論是生產、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濟發展與產業升級，服裝產業在日益強大與繁榮的同時，也面臨著愈發嚴峻的挑戰，如勞動力成本上升、品牌價值偏中低端等。近年來3D打印技術在醫療與建筑領域都有較快的發展，也推動了相關產業的轉型升級。本文從女裝的特點及發展現狀和3D打印技術的發展現狀及與女裝設計結合的可能性探索進行了研究，為相關工作提供參考。

1 服裝產業概況

現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，在消費觀念上也發生明顯的變化。從銷售總額上來看，紡織服裝產業作為世界第三的行業，僅次于旅游業與信息產業，廣泛分布于世界各地，是大多數國家實現工業化的先導產業，同時也是衡量國家輕工業水平的重要標準之一。我國服裝產業有規模總量大、產品質量不高、產品附加值低、國際品牌匱乏等特點。隨著發展規模的不斷擴大，面臨的挑戰也將愈發嚴峻。

2 3D打印技術概況

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

2.1 光固化制造技術

光固化制造技術原料主要使用特制的光固化樹脂，利用激光產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制作模型樣板數據包生成STL文件，STL文件適用于打印系統，生成參數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，光固化打印技術擁有更高的效率，這種方法也叫 SLA 方法。由于發展較早，SLA的技術儲備相對更為充足，具有速度快、精度高的優勢，但也有其不足之處，即大部分光敏樹脂在發生化學變化與受熱時會揮發有毒物質，存在危險性，在制作上對工作環境有更高的要求。

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、鞋模等產品的制作；類ABS硬性樹脂：區別于其他樹脂材料，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

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

目前該技術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模生產中并沒有價格上的優勢。由于原材料自身所具備的屬性，LOM技術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

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的幫助下被運送至噴嘴中。材料在噴嘴中被加熱為熔融態，計算機根據前期設計的數據包導出分層截面信息并控制噴嘴沿數據規定的路徑和速度進行移動，熔融態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

區別于其他3D打印技術，三維打印成型技術擁有小型化和易操作等特點，是適用于實驗、辦公與個人創作的3D打印技術。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2D噴墨打印技術，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，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 選擇性激光燒結技術

選擇性激光燒結技術也稱SLS技術，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。這也就導致了激光燒結技術是成型原理最復雜、條件最高、設備及材料成本最高的3D打印技術之一，但相對于其他3D打印技術，SLS技術是發展前景最好、制作與材料范圍最大，實用性最強的3D打印技術。按照制作原理，SLS技術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技術原材料。

圖1 激光燒結技術作品

3 3D打印技術在服裝產業的應用現狀

3.1 商業化

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

圖2 3D打印泳衣

3.2 量產化

2015年，英國Tamicare公司的Cosyflex系統已經實現了3D打印紡織品量產化，此系統具備年產 300萬件的能力，與傳統制造業相比，其生產系統在精簡生產環節的同時減少了不必要的原料浪費，更加環保與便捷。

3.3 高效化

服裝設計師通過3D 打印技術能夠實現更具創意的服裝設計，產品也可根據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節，從準備到制作僅需各類儀器與數據，人工成本極大降低。

4 3D打印技術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，對3D打印技術的運用進行了探討。

4.1 前衛

前衛風格女裝青睞于新型材質，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核。3D打印相對于其他生產技術更易實現夸張的造型，可用3D打印技術制作出服裝的基本骨架，然后將布料進行縫合，從而實現夸張的造型需求。但就商業化生產，由于前衛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，流水線生產更具優勢。

4.2 運動

運動風格女裝更加注重功能性，對結構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的高科技運動衣。缺點是服裝生產設備要求高，材料昂貴。

4.3 浪漫 古典與民俗

浪漫風格女裝材質選擇多樣，色調純度較低，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文化元素，烘托歷史沉淀與典雅感，對材質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[2]。這些風格主要體現于細節與廓形，3D打印技術的優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，甚至能夠擬態生物材質，滿足人們的各種創意，制作出風格更為突出的服裝。

5 結語

基于商業化成本因素，3D打印技術將主要運用于特殊結構和復雜服飾設計上。3D打印在快速實現設計師設計要求的同時，也降低了人工參與的成本，是服裝產業走向自動化生產不可忽視的大方向。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。