3D-в'язання: майбутнє передового текстилю

Команда інженерів-новаторів розробила нову 3D-швивальну машину, здатну створювати складні форми та структури. Їхня конструкція розширює межі досліджень у сфері комп'ютерного виробництва та відкриває шлях до створення більш міцних та функціональних текстильних виробів.

Ось як 3D-друковане в'язання може змінити ваше сприйняття одягу та як воно може вплинути на весь текстильний сектор у найближчі роки.

Зростання світового ринку текстилю у 2025 році

За даними останніх звіти, текстильна промисловість до кінця цього року перевищить 1.07 трлн доларів США. Це зростання можна пояснити кількома ключовими факторами. Нещодавні досягнення в цифровому друку та дизайні, поряд з інтеграцією штучного інтелекту, допомогли виробникам виробляти більше, не знижуючи довговічності.
Проведіть пальцем, щоб прокрутити →

Враховуючи, що ваш одяг є одним із найінтимніших предметів, не дивно, що стільки досліджень присвячено тому, як зробити його зручнішим, міцнішим та доступнішим. Найсучасніші текстильні вироби здатні на набагато більше, ніж просто забезпечити трохи тепла.

Розумний текстиль

Розумний текстиль має потенціал для революції на ринку. Ці нитки наступного покоління мають вбудовані датчики та інші компоненти, призначені для покращення їхньої функціональності. Наприклад, існують спеціально розроблені сорочки, які використовують провідні волокна для моніторингу зовнішніх подразників, таких як серцебиття або температура.

А тепер уявіть собі спортивну команду з гравцями, одягненими в форму, яка забезпечує можливості моніторингу в режимі реального часу. Тренери могли б використовувати цю технологію, щоб бачити, які гравці втомилися, та замінювати їх, перш ніж вони надто втомляться або травмуються. Така ж технологія могла б працювати для медичних пацієнтів, солдатів та багатьох інших застосувань.

Як сьогодні виготовляють текстиль (і його обмеження)

Сучасні стратегії виготовлення текстилю обмежують дизайнерів лише поверхневими формами. Ці системи вдосконалювалися протягом століть, а сучасні промислові в'язальні та ткацькі машини розширили межі двовимірного в'язання до найвищої точки.

Наразі стандартні в'язальні машини промисловості здатні автоматично формувати петлю та підтримувати її, поки подавальне плече протягує через неї наступну нитку. Ці машини використовують пари голок, які дозволяють машині підтримувати петлю під час процесу. Примітно, що ці машини можуть підтримувати лише чергування проходів зліва направо та справа наліво.

Що таке суцільне в'язання?

Суцільне в'язання є передовим напрямком досліджень у галузі обчислювального виробництва. Воно відкриває можливості традиційного процесу в'язання, дозволяючи створювати повноцінні 3D-проекти. Для виконання цього завдання машини для суцільного в'язання додають щонайменше 2 додаткові петлі.

Ці системи використовують передові алгоритми, що дозволяють інженерам в'язати складні тривимірні поверхні або сітки. Ці складні в'язані структури відкривають двері для нових варіантів використання тканин. Наприклад, уявіть собі розумний текстиль, в'язаний таким чином, щоб він міг тиснути на датчики або пом'якшувати ваше падіння.

Ці системи можуть допомогти в забезпеченні роботи майбутніх протезів, розробці унікальної тканинної інфраструктури та створенні більш міцного одягу, який може адаптуватися до певних умов за потреби. Суцільне в'язання все ще перебуває на стадії розробки, і існує кілька перешкод, які інженерам потрібно подолати, щоб досягти його широкомасштабного впровадження.

Поточні проблеми з процесами суцільного в'язання

Одна з головних проблем із суцільними в'язаними конструкціями полягає в тому, що одна невдача може призвести до зриву всього проєкту. Залежно від сил розтягування та візерунків, існують геометричні обмеження, які необхідно подолати. Крім того, брак програмного забезпечення та сумісних пристроїв обмежує його впровадження.

По-перше, існує небагато платформ для розробки в'язання на твердих матеріалах, головним чином тому, що дуже важко запрограмувати фізичну поведінку пряжі. Таким чином, програмування в'язальних машин на твердих матеріалах є трудомістким проектом, який може зайняти понад 100 годин, що збільшує вартість та ефективність цих проектів.

Усередині дослідження в'язання, надрукованого на 3D-принтері

Команда Використання набору спиць для створення суцільних в'язаних фігур¹ У дослідженні представлено процес 3D-в'язання, який поєднує спеціально розроблений інструмент проектування, користувацьку 3D-в'язальну машину та виконавчі механізми для створення суцільного об'єму, використовуючи лише нитку.

Ця розробка відкриває інженерам можливості створювати одяг, який може розтягуватися там і коли це необхідно, або ж ставати жорсткішим для забезпечення додаткової міцності. Ці механічні можливості використовують об'єм для досягнення додаткової функціональності та можуть інтегрувати датчики для розширення можливостей.

Машина для виготовлення голок на замовлення

Дослідники розробили та створили прототип розміром 6×6, щоб продемонструвати свою стратегію об'ємного друку. Цей унікальний пристрій має багатослойну, симетричну конструкцію з подвійним човником. Крім того, пристрій може керувати кожною зі своїх голок незалежно за допомогою приводів.

Джерело - Текстильна лабораторія Карнегі-Меллона

Після цього команда вирішила створити та запрограмувати індивідуальну плату на базі Raspberry Pi Pico. Головне завдання плати — контролювати 72 двигуни, які керують кожною голкою та гачком у системі. Зокрема, кожен механізм має 8 двигунів.

пряжа

Що стосується додавання тканини, то пряжа подається в машину, а потім два махові важелі захоплюють її та подають до передавальних захоплень. Ці подвійні захоплення потім передають її до ущільнювача, після чого механізм подачі визначає оптимальний натяг та швидкість подачі.

процес

Інженери змогли подолати проблему стабільності петель, яка обмежувала традиційні платформи для суцільного в'язання, використовуючи комбінацію інструменту для перенесення петель, унікального лотка з кількома голками та конструкції з подвійним гачком, яка використовує задній гачок для захоплення пряжі.

Тест на в'язання, надрукований на 3D-принтері

Спочатку команда розробила кілька різних методів 3D-в'язання, використовуючи власне програмне забезпечення для дизайну. Їхні проєкти поєднували як вертикальні, так і горизонтальні візерунки для створення фігур. Прототип інтегрував рядковий дизайн для нарощування в'язання у заздалегідь визначені форми.

Примітно, що команда протестувала свій пристрій на кількох різних в'язаних виробах. Зокрема, вони спробували традиційні в'язані вироби, горизонтальні в'язані вироби та суцільні в'язані вироби. Їхньою метою було використовувати своє програмне забезпечення для дизайну для створення складних дизайнів, які одного дня могли б запропонувати додаткову функціональність своєму користувачеві.

Результати випробувань в'язання, надрукованого на 3D-принтері

Фаза тестування завершилася та дала деякі вражаючі результати. По-перше, команда довела, що їхній пристрій може надійно та послідовно створювати мікроструктури, що виникають внаслідок міжстібкових з'єднань. Ці суцільні зшиті форми були розроблені для регулювання жорсткості та інших ключових аспектів. Вражаюче, їхня 3D-в'язальна машина змогла створити кілька вдосконалених форм, які традиційні машини не змогли б підтримувати.

Переваги технології 3D-друку на в'язанні

Існує довгий перелік переваг, які це дослідження приносить ринку текстилю. По-перше, воно відкриває шлях для подальших досліджень у розробці точного програмного забезпечення для 3D-друку та методів виготовлення. Цей прототип забезпечує неперевершену гнучкість, дозволяючи створювати конструкції зі зменшеними обмеженнями щодо з'єднання стібків.
Проведіть пальцем, щоб прокрутити →

Low Cost

Зосередженість дослідників на використанні доступних та легкодоступних компонентів допомогла забезпечити низьку вартість їхнього проекту. Команда мудро поклалася на модульність разом із власним програмним забезпеченням, щоб створити недорогий метод 3D-друку, який підтримує міцні друковані структури та дизайни.

3D-друковане в'язання. Реальне застосування та хронологія:

Цей стиль текстильного виробництва має багато застосувань. По-перше, він дозволить створювати тканини, які тягнуться там, де потрібно, і забезпечують амортизацію в інших зонах. Уявіть собі пару джинсів, у яких додано підкладку в певних зонах, просто використовуючи в'язаний візерунок тканини, а не додаючи додаткову тканину.

Медичні програми

Цей вид суцільного друку буде інтегрований у розумний текстиль у майбутньому. Ця інтеграція також покращить можливості моніторингу та безпеки для розумного одягу, забезпечивши відстеження в режимі реального часу та інші вдосконалення. Крім того, певні конструкції стібків можуть бути використані для додаткового захисту датчиків або розумних компонентів у цих тканинах.

Хронологія в'язання, надрукована на 3D-принтері

Ви можете очікувати появи цієї технології на ринку протягом наступних 5 років. Рішення команди використовувати легкодоступні матеріали підкреслює доступність цієї технології та її низьку вартість. Однак, залишається багато факторів, які інженерам доведеться виправити перед будь-яким значним розширенням проєкту.

По-перше, потрібно виконати багато роботи з метою запобігання замиканню в'язаної петлі. Крім того, команда зазначила, що це лише перевірка концепції, і все ще потрібні дослідження, щоб перевірити справжню масштабованість їхнього нового методу виготовлення.

Дослідники в'язання, надрукованого на 3D-принтері

Дослідження суцільного в'язання було проведено Франсуа Гімбретьєром, Віктором Ф. Гімбретьєром, Амрітаншем Кватрою та Скоттом Е. Хадсоном. Ці інженери посилалися на кілька попередніх проектів, які допомогли їм надихнути на останні дослідження суцільного в'язання.

Майбутнє в'язання на 3D-принтері

Наступні кроки для команди – з’ясувати, як покращити міцність циклу. Поточна схема значно краща за інші підходи, але все ще потребує певного налаштування, щоб послідовно створювати об’ємні конструкції без помилок.

Інвестування в текстильний ринок

Текстильна промисловість сповнена конкурентів, які прагнуть отримати перевагу над своїми конкурентами будь-якими можливими засобами. Таким чином, є кілька компаній, яким вдалося забезпечити собі місце на вершині ринку, використовуючи інноваційні виробничі процеси, розумний маркетинг та постійну підтримку інноваційних зусиль.

Дюпон де Немур

Компанія DuPont de Nemours, що базується в штаті Делавер, вийшла на ринок у 1802 році. Її засновниця, Елетер Ірене дю Пон, розпочала бізнес з метою постачання пороху збройним силам США. DuPont досягла великого успіху в цій справі, завдяки чому компанія стала найбільшим постачальником пороху для збройних сил США на той час.

На початку 1900-х років компанія переорієнтувалася на хімічну науку та матеріалознавство. За цим маневром послідувала низка інноваційних продуктів, включаючи винахід неопрену, синтетичного каучуку, першої справжньої синтетичної тканини, нейлону, тефлону та багатьох інших.

У 2017 році компанія об'єдналася з Dow Chemical. Однак, лише через 3 роки фірма розділилася на 3 окремі структури залежно від їхньої спеціалізації. Зокрема, DuPont зосереджувалася на спеціалізованих продуктах, Dow — над матеріалознавством, а Corteva — створювала сільськогосподарські хімікати.

Хоча DuPont залишається еталоном інновацій у сфері матеріалів, такі нові гравці, як Shima Seiki та Arkema, наближають 3D-в'язання та адитивне виготовлення текстилю до комерційної реальності.

Останні новини та показники акцій DuPont de Nemours (DD)

В'язання на 3D-принтері – Висновок

Здатність створювати об'ємні в'язані форми призведе до багатьох цікавих розробок, таких як удосконалений захисний одяг тощо. Ці 3D-дизайни – лише верхівка айсберга, і в найближчі місяці ви можете очікувати, що цей пристрій створюватиме складніші в'язані вироби, які розширять межі мистецтва на нові висоти.

Дізнайтеся про інші цікаві досягнення 3D-друку тут.

Посилання

^{1. Франсуа Гембретьєр, Віктор Ф. Гембретьєр, Амрітанш Кватра та Скотт Е. Хадсон. 2025. Використання масиву голок для створення суцільних в'язаних фігур. У матеріалах 38-го щорічного симпозіуму ACM з програмного забезпечення та технологій користувацького інтерфейсу (UIST '25). Асоціація обчислювальної техніки, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, стаття 100, 1–11. https://doi.org/10.1145/3746059.3747759}