3D打印技術(shù)在功能性紡織品中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

喬燕

摘要：近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也日新月異。人們接觸3D打印技術(shù)的渠道和范圍已經(jīng)越來越廣，但現(xiàn)階段3D打印技術(shù)的整體運(yùn)用限定在生產(chǎn)制造領(lǐng)域中，如果將其放在紡織復(fù)合材料的使用上則是高科技的創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);功能性紡織品;應(yīng)用;發(fā)展趨勢

引言

3D打印技術(shù)是一種通過逐層增加材料來生成三維實(shí)體的快速增材制造技術(shù)。3D打印技術(shù)使得產(chǎn)品的制造更加智能、精準(zhǔn)和高效。近年來，3D打印技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛運(yùn)用。它作為一種新的制造工藝，極大地推動(dòng)了現(xiàn)代制造技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)了各個(gè)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級(jí)。3D打印技術(shù)的進(jìn)步為功能性紡織品的發(fā)展提供了契機(jī)。我國對功能性紡織品的需求量很大，主要是舒適功能紡織品，它們在醫(yī)療保健、衛(wèi)生、防護(hù)及環(huán)保等領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。功能性紡織品要具備舒適、衛(wèi)生、防護(hù)、保健、可調(diào)節(jié)等功能，用于醫(yī)療和環(huán)保等領(lǐng)域時(shí)還要滿足生物相容性和安全性等要求。

1、3D打印技術(shù)的發(fā)展沿革

1.1 3D打印技術(shù)的定義

3D打印技術(shù)雖然被稱之為打印，但3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的打印方式之間沒有必然的關(guān)聯(lián)性和相似性。從生產(chǎn)制造的角度上來說，將3D打印技術(shù)定義為一種全新的制造形式更為貼切。目前，已經(jīng)投入使用的3D打印技術(shù)其工作原理是通過材料逐層添加制造三維物體的變革性、數(shù)字化增材制造技術(shù)，學(xué)名叫“添加制造”。美國ASTM2009年公布的定義是：一種與傳統(tǒng)的材料去除加工方法相反的，基于三維數(shù)字模型的，采用逐層制造方式將材料結(jié)合起來的工藝，包括添加成型、添加工藝、添加技術(shù)、添加分層制造、分層制造和無模成型。

1.2 3D打印技術(shù)的使用范圍

3D打印技術(shù)適用于所有基于數(shù)字模型形成的材料生產(chǎn)與制造工藝。隨著3D打印技術(shù)在生產(chǎn)制造中使用頻次的增加，已經(jīng)有越來越多的企業(yè)相信，借助3D打印技術(shù)能夠讓現(xiàn)階段的工業(yè)化生產(chǎn)格局向前提升若干個(gè)檔次。在技術(shù)人員的不斷努力下，目前的3D打印技術(shù)使用范圍已經(jīng)呈現(xiàn)出“多點(diǎn)開花”的局面，應(yīng)進(jìn)一步細(xì)分市場的基本結(jié)構(gòu)，讓3D打印技術(shù)更加適應(yīng)市場的基本需求。現(xiàn)在，不僅有家用桌面級(jí)的小型3D打印機(jī)，也有工業(yè)生產(chǎn)的大型工業(yè)級(jí)3D打印機(jī);目前能夠完成3D打印效果的材料有塑料、金屬、黏土和紡織復(fù)合材料等。

2、紡織品功能化

紡織品功能化是紡織品增加新的功能特性，可為產(chǎn)品創(chuàng)造附加值。增加的新功能可以對紡織產(chǎn)品的成功制作做出貢獻(xiàn)。通常，功能化可用于實(shí)現(xiàn)紫外線防護(hù)、阻燃或防污性能。大多數(shù)紡織品的功能化應(yīng)用是通過涂層技術(shù)或濕法整理完成的。區(qū)別于傳統(tǒng)涂層技術(shù)，3D打印技術(shù)也可以進(jìn)行功能化。通過3D打印，可以引入用于裝飾和功能目的的結(jié)構(gòu)元件。這種類型的功能化的專業(yè)術(shù)語是“結(jié)構(gòu)功能化”或“具有3D結(jié)構(gòu)的功能化”，它可通過3D數(shù)字打印機(jī)實(shí)現(xiàn)，并且可以進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)。除了結(jié)構(gòu)功能化，3D打印也可以應(yīng)用經(jīng)典功能，但前提條件是印刷聚合物中含有相應(yīng)的功能添加劑。如含有聚乳酸（PLA）纖維的3D打印顏料可呈現(xiàn)出不同的顏色，并具有熒光效果或金屬效果。此外，印刷聚合物也可與UV穩(wěn)定劑和阻燃劑組合應(yīng)用。當(dāng)然，也可通過整理工藝進(jìn)行3D打印產(chǎn)品的表面功能化，但重要的前提條件是該3D打印產(chǎn)品的均勻整理和永久應(yīng)用性。必須了解兩種基材（打印件和紡織品）的化學(xué)特性及結(jié)構(gòu)特性。例如，紡織品的親水或疏水性能會(huì)影響打印件熱塑性聚合物的潤濕性能;結(jié)構(gòu)性能包含了紡織結(jié)構(gòu)的織物結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、粗糙度或毛羽等問題。如果已經(jīng)確定了某些應(yīng)用基材，則材料、織物或纖維結(jié)構(gòu)不能輕易改變。通過磨砂拋光或粗糙化，可以改變紡織品基材的表面結(jié)構(gòu)。

3、3D打印功能性紡織品的發(fā)展趨勢

近年來，我國對功能性紡織品的需求逐漸增多，這在一定程度上推動(dòng)了功能性紡織品的研究和開發(fā)進(jìn)程。3D打印技術(shù)的逐步成熟與發(fā)展，推動(dòng)功能性紡織品往智能化、多功能化的方向發(fā)展。3D打印功能性紡織品的發(fā)展趨勢可以從以下方面體現(xiàn)：（1）智能化。將3D打印技術(shù)與功能性紡織品相結(jié)合，可促進(jìn)我國醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，如制備智能繃帶、智能穿戴設(shè)備等，同時(shí)也可促進(jìn)我國軍事事業(yè)和工業(yè)的發(fā)展，如開發(fā)帶有傳感器的服裝等。目前，出現(xiàn)了將電子工業(yè)和紡織領(lǐng)域的生產(chǎn)工藝相結(jié)合制備智能紡織品的發(fā)展趨勢。（2）環(huán)保。功能性紡織品的發(fā)展主要指向環(huán)保且可循環(huán)。3D打印材料層出不窮，目前已出現(xiàn)許多生態(tài)環(huán)保、可降解的3D打印材料，如利用植物資源制成的PLA（聚乳酸）。利用3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)功能性紡織品結(jié)合，可獲得新型生物降解紡織品、可重復(fù)使用織物等環(huán)保型的功能性紡織品。（3）高性能。在傳統(tǒng)紡織品中嵌入3D打印材料，可增強(qiáng)紡織品的某些性能。將3D打印技術(shù)和靜電紡絲結(jié)合，得到了能快速響應(yīng)和可設(shè)計(jì)性增強(qiáng)的水凝膠致動(dòng)器。（4）形式多樣化。3D打印技術(shù)在功能性紡織品中應(yīng)用，比如在紡織品上直接打印3D打印材料，或?qū)?D打印結(jié)構(gòu)黏附于紡織品上，使得功能性紡織品的形式更加多樣化，為功能性紡織品的發(fā)展提供更多的可能性。

結(jié)語

目前的工業(yè)技術(shù)發(fā)展很難突破不能直接利用3D打印技術(shù)制備功能性紡織品的局限，因?yàn)樗弥破窡o法滿足紡織品的舒適功能要求。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生活水平的提高，功能性紡織品將在保證其舒適、衛(wèi)生、防護(hù)、保健、可調(diào)節(jié)等功能的前提下，往智能、環(huán)保、高性能及形式多樣的方向發(fā)展。3D打印技術(shù)為此提供了一定的可能性。

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