网孔结构3D打印面料的制备及力学性能研究

为提升3D打印面料的服用性能,探究3D打印面料的组织结构和力学性能的关系,以柔性聚乳酸为材料,通过熔融沉积成形技术制备出3种网孔结构3D打印面料,并对打印面料的拉伸性能、撕破性能及顶破性能进行测试表征。结果表明:3种网孔结构3D打印面料表面平整,无疵点,网孔效果明显,表面无焦黄现象,无脱散现象。3种网孔结构3D打印面料的拉伸性能、撕破性能及顶破性能均与面料网孔中的网格宽度呈正比。当网格宽度相同时,对于纵向断裂强力,菱形组织最小,仿纬平针组织最大;对于横向断裂强力,仿纬平针组织最小,仿平纹组织最大;对于纵向撕破强力,菱形组织最小,仿平纹组织最大;对于横向撕破强力,菱形组织最小,仿纬平针组织最大;对于顶破强力,菱形组织最小,仿纬平针组织最大。

废旧棉用于直接油墨书写3D打印面料及服装

为实现废旧棉织物的绿色和高值化利用,将废旧棉织物经漂白、活化后再溶解在LiCl/DMAc溶剂中,加入羟乙基纤维素以调节油墨的可打印性。对处理前后的废旧棉织物的外观形貌及内部结构分析,发现处理后废旧棉织物有助于进一步的溶解。对油墨的流变性能研究,发现油墨表现出剪切变薄的行为。通过直接油墨书写3D打印技术成功制备出纤维素面料,改善打印面料的舒适性。讨论3D打印纤维素面料的形貌结构、机械强度和舒适性等。结果表明:与3D打印PLA面料相比,3D打印纤维素面料在柔韧性和润湿性方面都有所改善,其机械强度能满足服用要求,各项性能更接近于棉织物。最后,使用纤维素油墨打印不同花型的面料和服装,扩大纺织材料在3D打印领域的应用。这种新颖方法将废旧棉织物得到再利用,也为3D打印柔性面料和服装带来了广阔的前景。

1+1罗纹3D打印面料的制备

为满足近几年消费者对服装面料可持续创新的需求,丰富3D打印服装面料的结构和外观风格,以柔性聚乳酸为原材料,在3ds Max软件中,采用NURBS曲线建模方法,结合实物测量情况,对1+1罗纹组织进行三维模拟;通过探究分层厚度、打印温度、打印速度、沉积方向对1+1罗纹3D打印面料拉伸性能的影响,确定出最优打印参数;通过FDM工艺,在最优打印参数下,对模拟的组织进行打印,得到1+1罗纹3D打印面料。该面料打印效果与模拟效果相同,线圈平整,无歪斜现象,面料表面无焦黄现象,可形象地表现出纱线的形态及服装的纹理效果,符合后疫情时代消费者对服装面料创新性和多元化的需求。

基于FDM3D打印机的数学模型数字化制造

增材制造技术的蓬勃发展不仅颠覆了制造业,在其他领域也引起了极大的改变。基于此,针对数学公式和函数抽象难以理解的特点,通过3D打印的方法只做了典型的数学表达式的实物模型,赋予无形的数学表达以无尽的生命。结果表明,使用FDM工艺的3D打印机可以快速地制造出想要的模型,使得数学理论的学习更加容易并充满趣味。

3D打印技术在纸基微流控芯片中的应用

纸基微流控芯片作为一种成本低廉、操作简单的微量液样检测平台,已经在生化分析、健康监测、环境检测等多个领域展示出应用潜力。随着3D打印技术的快速发展,越来越多的研究者尝试使用3D打印技术进行纸基微流控芯片的制备与加工。本文对近年来3D打印技术在纸基微流控芯片中的应用现状进行了综述,着重介绍了3D打印技术在构建疏水屏障及构建结构/功能部件等方面的研究进展,并对3D打印制备纸基微流控芯片的未来发展进行了总结展望。

基于汽车内饰用三梳经编织物3D模型的构建

针对复杂的三梳栉经编织物,文章采用Rhino建模软件对其几何结构进行3D建模。首先,基于NURBS曲线对三梳经编织物线圈部分和延长线部分分别建模,通过确定曲线控制点拟合得到精度较高的空间纱线中心曲线;其次,根据纱线直径通过扫掠完成各组线圈单胞模型的3D建模,并组装得到完整的织物模型;最后,根据织物的线圈轨迹,拟合得到经编织物的曲线方程,使得线圈轨迹数值化。结果表明,采用Rhino对经编织物进行三维仿真,方法简单可行,模拟得到的效果图线圈嵌套紧密且相互之间并无干涉,可以达到较好的织物效果。

基于响应曲面分析的纬编3D凹孔针织物保暖性能研究

为探究组织结构设计参数对纬编3D凹孔针织物保暖性能的影响,拓展3D凹孔针织物在保暖服装中的应用。首先运用控制变量与正交试验法,采用DRYAERN^(■)纱线与氨纶纱线,改变组织循环内吊针路数、连续成圈针数及平针路数3个设计参数,织造成15种3D凹孔针织物,测试其厚度与克罗值;其次基于响应曲面法分析3个参数对织物保暖性能的影响并建立关于克罗值的数学回归模型。结果表明:3个参数中对织物保暖性能影响最为显著的是吊针路数,其次是平针路数,最小的是连续成圈针数;连续成圈针数与平针路数的交互作用对织物保暖性能有显著影响,相关回归模型的拟合精度较高;研究为开发保暖性能优良的3D凹孔针织物提供了高效的工艺参数方案。

3D打印超疏水功能材料的应用进展

随着超浸润界面理论的揭示和制备技术的成熟,超疏水功能材料已被广泛应用于环境、能源、健康等重要领域。基于一体化成型、规模化制备、按需结构设计、表面精细结构控制等优势,智能化3D打印技术也开始在超疏水功能材料的制备中发挥关键作用,然而关于其制备技术和实际应用的评述较为匮乏。因此,首先阐述了固体表面浸润理论和超疏水界面构筑机理,然后回顾了超疏水材料的传统制备方法,重点介绍了基于不同3D打印成型原理的超疏水材料制备技术,并重点综述了3D打印超疏水功能材料的应用研究现状,最后提出了当前研究领域尚存在的问题与挑战。

基于CLO 3D的机织黏合衬悬垂效果模拟

选取13种常应用于涤纶纤维面料的机织黏合衬,使用织物悬垂性能测试仪测试其悬垂性,借助CLO 3D虚拟试衣系统实现织物的三维模拟,利用SPSS,Matlab,Python数学统计软件提取织物悬垂图像和相关数据,并运用相关性检验和回归分析获取虚拟织物性能参数与织物悬垂性之间的关系,最后构建回归模型。结果表明:虚拟织物性能参数中的密度、弯曲强度(纬纱)、弯曲强度(经纱)、弯曲强度(对角线)、纬纱强度、对角线张力与织物悬垂系数、悬垂波数、悬垂均匀度密切相关,用悬垂指标表示虚拟参数,得出6个回归方程,实现真实与虚拟织物间悬垂效果的转换。

用于三维机织物预成形变形预测的各向异性超弹性本构模型

随着三维机织物逐渐广泛应用在航空发动机叶片、机匣等复杂曲面结构的制造方面,预测三维碳纤维机织物在曲面结构制造的预成形过程中的复杂变形行为对提升纤维结构的成形质量具有重要意义。基于连续介质力学理论,本文提出一种各向异性超弹性本构模型描述三维机织物在成形过程中由于大变形所引起的各向异性力学变形行为。通过三维机织物的变形试验,建立了应变能密度函数,获取了三维机织物材料参数,并通过偏轴拉伸、半球冲压预成形有限元仿真与试验对比,验证了本文提出的超弹性本构模型的有效性。超弹性本构模型的提出可对三维机织物成形的有限元仿真模型与成形工艺优化设计起指导作用。

正交三向织物增强铝基复合材料的高温拉伸力学行为与失效机理

针对真空压力浸渗制备的正交三向织物增强铝基复合材料,采用实验与数值模拟方法研究了高温(400℃)下的准静态拉伸力学响应及损伤演化与失效行为;根据纱线微观组织和织物结构分别建立了微观和细观尺度代表性单胞,基于组分材料的温度相关的性能参数构建微观单胞有限元模型,计算获得不同温度下纱线的横向和轴向力学性能,进而采用包含基体、纱线、界面的细观单胞有限元模型分析了复合材料热应力和高温拉伸力学行为。结果表明:室温下复合材料存在与织物结构相关的非均匀分布的残余应力,纳米压痕法测得的残余应力与模拟值基本一致,高温状态下残余应力得到释放并使基体和纱线分别处于压应力和拉应力状态;复合材料的高温拉伸模量、极限强度和断裂应变的实验均值分别为107.1 GPa、657.1 MPa和0.78%,均匀化计算的高温拉伸曲线与实验曲线总体上吻合。拉伸初期纱线交织处的基体和界面首先发生损伤,捆绑纱弯曲部位出现局部失效,但复合材料表现出线弹性力学行为。随着拉伸应变增大,捆绑纱和纬纱先后发生断裂,且二者与基体之间的界面出现脱黏现象,拉伸曲线开始表现出非线性特征。拉伸后期经纱失效区域的扩展使得拉伸切线模量明显下降,经纱的轴向断裂最终导致复合材料失去承载能力。数值模拟和断口分析表明,纬纱和捆绑纱因横向开裂而形成较平整的断裂面,经纱轴向断裂后拔出长度参差不齐,其断口存在纤维拔出及其周围基体撕裂破坏的微观特征。

3D打印启发下的模型实例化优化研究综述

3D打印技术作为一种新型的快速成型技术,为三维模型实例化制造带来了很大的便利,同时也给数字几何处理带来了新的挑战.为了能够通过更加快速、廉价的方式打印出实现了某些特定功能的实例化模型,分别从模型设计和打印2个阶段对3D打印启发下的模型实例化优化研究进行概述.希望能够使读者对这方面的研究热点以及进展有基本了解,并有所启发.

组合式3D机织物复合材料的拉伸性能

采用正交和角联锁结构进行组合设计,并使用玻璃纤维试织了2种不同结构的组合式3D立体机织物,经与树脂复合制成增强复合材料,对其拉伸性能进行了测试。结果表明,组合式3D机织物增强复合材料具有接近正交3D机织物增强复合材料的弹性模量和抗拉强度。

棉/Sorona灯芯绒织物创新设计与性能分析

为提高纯棉灯芯绒织物的吸湿排汗性和弹力回复性能,采用Sorona纤维与棉纤维混纺制备灯芯绒织物,通过织物仿真软件对混纺灯芯绒进行模拟分析,测试了织物的吸湿导热性、耐摩擦色牢度、弹性回复性以及拉伸性能,在此基础上进行了3D立体服装展示,分析织物在穿着过程中的压力分布。结果表明:织物质地厚实,绒条圆润清晰,手感柔软且富有弹性;织物仿真模拟结果与实际织造结果相一致;织物具有良好的吸湿传递性能,纵向绒毛水分扩散速率高于横向;与纯棉灯芯绒织物相比,棉/Sorona灯芯绒织物断裂强力、断裂伸长率、耐摩擦色牢度与弹性回复率均明显提高;3D立体服装显示织物在穿着时,上衣的压力点较多且较为集中,袖肩以及脖领处的应力值较高,容易产生拉伸变形,通过模拟分析可减少上述部位织物的磨损,延长织物使用寿命。

矿渣微粉对3D玻璃纤维织物增强水泥基材料力学性能及耐久性的研究

通过碱度测定、热重分析、抗弯强度以及扫描电镜等手段,对比空白试件,研究了3D玻璃纤维织物增强水泥基材料的力学性能以及掺入矿渣微粉对耐久性的影响。结果表明,使用3D玻璃纤维织物增强基体可以提高基体的抗弯强度,标准养护28 d时,增强试件的抗弯强度较空白试件提高了37.66%。同时,在试件中掺入矿渣微粉可以降低碱度,提高试件的抗弯强度,改善试件的耐久性。

基于三维扫描的织物多方向可视化弯曲性测试方法

目前常用弯曲性测试方法每次只能测试织物一个方向的弯曲性能,不能直接观察到织物不同方向的弯曲形态,且需要多次裁样、重复测试,耗时费力;针对这种情况,提出了一种多方向可视化织物弯曲性测试方法。以20种织物为测试对象,利用三维扫描技术获取织物弯曲形态的点云图像;基于所得图像提取投影周长、投影面积和截面积3个新指标;最后分析新指标与抗弯长度的关系。结果发现:新指标与斜面法中的抗弯长度有较好的相关性;织物底端的截面积能较好地体现织物整体的弯曲性能,这表明提出的方法具有良好的可行性。该方法一次测量可得到织物经纬向、斜向的弯曲指标,且每个方向分别有5个样条,有效提升了测试效率;同时利用三维扫描技术可以更加直观精确地描述织物弯曲形态。

粉煤灰对3D玻璃纤维织物增强水泥基材料力学性能及耐久性影响的研究

通过50℃热水加速老化养护,并采用碱度测试、扫描电子显微镜、抗弯强度测试等手段,研究了3D玻璃纤维织物增强水泥基材料的力学性能以及掺加粉煤灰后的耐久性。结果表明,标准养护室养护28 d时,使用3D玻璃纤维织物增强可提高基体的抗弯性能,强度较空白试件提高了37.69%,同时,在基体中掺加粉煤灰可以提高基体的长龄期强度,改善耐久性。

水性聚氨酯涂层三维间隔导电织物的性能研究

采用浸渍涂层法在聚吡咯三维间隔导电织物上涂层水性聚氨酯(WPU),探究水性聚氨酯涂层对三维间隔导电织物性能的影响。测试结果表明,水性聚氨酯涂层改善了聚吡咯在间隔织物上附着性差的问题,涂层后三维间隔导电织物的力学性能更加优异,涂层前后导电织物在小应变下电学性能稳定性良好。水性聚氨酯的加入对三维间隔织物的透气透湿性的影响不显著,透湿性较导电织物有所改善,水性聚氨酯涂层大大提高了导电织物在水及碱性溶液中的稳定性。

含钨粉体改性三维间隔连体织物复合材料γ射线屏蔽性能研究

核能会产生电离辐射,如X,γ射线,需采用屏蔽材料进行防护。传统的X射线和γ射线屏蔽材料存在重量大、易腐蚀、有毒和结构力学性能低等缺点,因此研制质轻、辐射性能优异、结构/功能一体化的新型复合材料是辐射防护技术发展的重要方向。根据各类含钨粉体的质量衰减系数理论计算值及密度,优选了氧化钨作为γ射线屏蔽填料,采用含钨粉体改性环氧树脂,并与玻璃纤维三维间隔连体织物复合形成具有夹层结构的纤维增强复合材料。考察了不同含量氧化钨对复合材料屏蔽60Co和137Csγ射线的能力及平压性能的影响。实验结果表明:氧化钨粉对复合材料的辐射屏蔽性能有显著的提升,提升程度与理论计算值相近;相同屏蔽率下,复合材料重量明显低于铁的重量;此外氧化钨也提高了连体织物复合材料的平压强度和平压模量。

组合式3D机织物的经向截面结构与设计

在分析正交结构、准正交结构和角连锁结构3种基本组织结构织物经向截面的基础上,归纳出4种典型的立体机织物基本组织结构单元:正交结构单元、准正交结构单元、角连锁结构单元和开放式结构单元。并以此作为构成元素,通过层状复合、相间交叉复合和垂纱交织复合等形式,改变基本组织结构单元在组织结构中的数量、相对位置等方法,设计出多种由立体机织基本结构单元所组成的组合式3D立体机织结构。