3D打印技術在功能性紡織品中的應用與發展趨勢

喬燕

摘要：近年來，隨著社會的發展，我國的科學技術的發展也日新月異。人們接觸3D打印技術的渠道和范圍已經越來越廣，但現階段3D打印技術的整體運用限定在生產制造領域中，如果將其放在紡織復合材料的使用上則是高科技的創新。

關鍵詞：3D打印技術;功能性紡織品;應用;發展趨勢

引言

3D打印技術是一種通過逐層增加材料來生成三維實體的快速增材制造技術。3D打印技術使得產品的制造更加智能、精準和高效。近年來，3D打印技術得到了快速發展和廣泛運用。它作為一種新的制造工藝，極大地推動了現代制造技術和控制技術的發展，同時帶動了各個產業的優化升級。3D打印技術的進步為功能性紡織品的發展提供了契機。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，它們在醫療保健、衛生、防護及環保等領域運用廣泛。功能性紡織品要具備舒適、衛生、防護、保健、可調節等功能，用于醫療和環保等領域時還要滿足生物相容性和安全性等要求。

1、3D打印技術的發展沿革

1.1 3D打印技術的定義

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

1.2 3D打印技術的使用范圍

3D打印技術適用于所有基于數字模型形成的材料生產與制造工藝。隨著3D打印技術在生產制造中使用頻次的增加，已經有越來越多的企業相信，借助3D打印技術能夠讓現階段的工業化生產格局向前提升若干個檔次。在技術人員的不斷努力下，目前的3D打印技術使用范圍已經呈現出“多點開花”的局面，應進一步細分市場的基本結構，讓3D打印技術更加適應市場的基本需求?，F在，不僅有家用桌面級的小型3D打印機，也有工業生產的大型工業級3D打印機;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，可為產品創造附加值。增加的新功能可以對紡織產品的成功制作做出貢獻。通常，功能化可用于實現紫外線防護、阻燃或防污性能。大多數紡織品的功能化應用是通過涂層技術或濕法整理完成的。區別于傳統涂層技術，3D打印技術也可以進行功能化。通過3D打印，可以引入用于裝飾和功能目的的結構元件。這種類型的功能化的專業術語是“結構功能化”或“具有3D結構的功能化”，它可通過3D數字打印機實現，并且可以進行小規模生產。除了結構功能化，3D打印也可以應用經典功能，但前提條件是印刷聚合物中含有相應的功能添加劑。如含有聚乳酸（PLA）纖維的3D打印顏料可呈現出不同的顏色，并具有熒光效果或金屬效果。此外，印刷聚合物也可與UV穩定劑和阻燃劑組合應用。當然，也可通過整理工藝進行3D打印產品的表面功能化，但重要的前提條件是該3D打印產品的均勻整理和永久應用性。必須了解兩種基材（打印件和紡織品）的化學特性及結構特性。例如，紡織品的親水或疏水性能會影響打印件熱塑性聚合物的潤濕性能;結構性能包含了紡織結構的織物結構、纖維結構、粗糙度或毛羽等問題。如果已經確定了某些應用基材，則材料、織物或纖維結構不能輕易改變。通過磨砂拋光或粗糙化，可以改變紡織品基材的表面結構。

3、3D打印功能性紡織品的發展趨勢

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了功能性紡織品的研究和開發進程。3D打印技術的逐步成熟與發展，推動功能性紡織品往智能化、多功能化的方向發展。3D打印功能性紡織品的發展趨勢可以從以下方面體現：（1）智能化。將3D打印技術與功能性紡織品相結合，可促進我國醫療事業的發展，如制備智能繃帶、智能穿戴設備等，同時也可促進我國軍事事業和工業的發展，如開發帶有傳感器的服裝等。目前，出現了將電子工業和紡織領域的生產工藝相結合制備智能紡織品的發展趨勢。（2）環保。功能性紡織品的發展主要指向環保且可循環。3D打印材料層出不窮，目前已出現許多生態環保、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打印技術與傳統功能性紡織品結合，可獲得新型生物降解紡織品、可重復使用織物等環保型的功能性紡織品。（3）高性能。在傳統紡織品中嵌入3D打印材料，可增強紡織品的某些性能。將3D打印技術和靜電紡絲結合，得到了能快速響應和可設計性增強的水凝膠致動器。（4）形式多樣化。3D打印技術在功能性紡織品中應用，比如在紡織品上直接打印3D打印材料，或將3D打印結構黏附于紡織品上，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展提供更多的可能性。

結語

目前的工業技術發展很難突破不能直接利用3D打印技術制備功能性紡織品的局限，因為所得制品無法滿足紡織品的舒適功能要求。隨著社會經濟和生活水平的提高，功能性紡織品將在保證其舒適、衛生、防護、保健、可調節等功能的前提下，往智能、環保、高性能及形式多樣的方向發展。3D打印技術為此提供了一定的可能性。

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