3D打印使得智能紡織得到了極大的發展。由3D打印製成的智能紡織品具有製造成本大幅度降低、製造環節被有效簡化、多種材料的組合、提升織物性能質量、實現可持續製造的優(you) 勢。

成型方式

3D打印技術有黏結成形、光敏成形、熔融成形、選擇性激光燒結成形4種成形方法。每種方法適用於(yu) 不同的材料。

成形方式的多樣化是目前3D打印技術在紡織行業(ye) 發展成熟的見證。黏結成形技術是紡織類產(chan) 品設計在著色工藝上發展成熟的表現，具體(ti) 是將著色劑與(yu) 黏合材料相結合，形成薄層並進行著色。光敏技術是運用光敏材料(UV樹脂)，在光作用下堆積成形進行製造。熔融成形則是通過熱塑性材料在高溫腔體(ti) 中熔化，形成液體(ti) ，再被噴頭均勻噴出並疊加成形。由此可見，這些技術的應用改變了紡織產(chan) 品的製造方式，甚至影響到服飾產(chan) 業(ye) 的生產(chan) 模式，因此，3D打印技術對紡織產(chan) 品有著深遠影響。

智能紡織品可以包含光纖、相變材料、化學品或其他電子元件，為(wei) 普通紡織品增加新的功能。越來越多的紡織材料正試圖采用3D打印技術直接製造出具有複雜功能的智能紡織品，目前的研究主要集中在導電、形狀記憶、溫度調節和柔性電子元件等方麵。

智能導電紡織品

開發導電紡織品最常見的方法是在織物表麵附著導電材料，實現方法包括層壓、塗層、印刷、噴塗、離子電鍍、化學鍍層、真空金屬化、陰極濺射和化學氣相沉積等。3D打印機能夠準確地打印出所定義(yi) 的形狀。通過這種方式，可以將導電紗線或塗層連接起來，特別是與(yu) 無引線的SMD(表麵安裝設備)元件連接。同時，3D打印可以調整電子元件的結構，以實現與(yu) 織物最合適的結構狀態。德國比勒費爾德應用科學大學的Grimmelsmanna等,利用3D打印技術在使用導電Shieldex紗線織造的包含電路路徑的麵料上直接打印，使3D打印的物體(ti) 作為(wei) 導電線與(yu) 小型電子元件之間連接，從(cong) 而讓紡織品發光，如下圖所示。

作為(wei) 紡織基材，選擇了有肌理效果的、表麵相對緊湊且均勻的單麵鉤花針織麵料，使3D打印材料能更好地與(yu) 織物黏結。開發者設計了一款SMD-LED電子元件，在紡織基材表麵利用FDM技術實現製造。SMD.LED由黑色導電材料、非導電的白色PLA材料及LED三個(ge) 部分組成。黑色導電部分主要起到電連接的作用，材料使用的是Proto-Pasta導電PLA長絲(si) ，擠出機溫度207 ℃,打印床溫度60 ℃,層高為(wei) 0.2 mm,並對結構進行填充。白色部分為(wei) 普通的PLA長絲(si) ，起到固定和連接的作用。具有導電特性的黑色長絲(si) 與(yu) Shieldex紗線連接，點亮紡織品上的LED。3D打印部件作為(wei) 串聯電阻，保護LED不受過高的應用電壓而影響其正常工作，當內(nei) 部電陽較低時，LED的亮度則較低，因為(wei) LED和3D打印部件連接串聯電陽作為(wei) 分斥器工作，較高電陽下的電壓隆越高。

智能溫控紡織品

具有調節溫度的智能紡織品種類繁多，如當前市麵上最為(wei) 常見的溫濕度調節紡織品，是通過去除多餘(yu) 的水分來降低人體(ti) 溫度，但這類紡織品隻有在身體(ti) 和織物之間的空氣處於(yu) 高濕度水平時才能被觸發，這限製其在濕度水平較低時的應用。另外還有其他溫控技術，包括帶有相變材料的冷袋紡織品、空氣冷卻紡織品和液體(ti) 冷卻紡織品等，但也都有其局限性。研究人員為(wei) 了解決(jue) 這類問題，在開發熱調節紡織品方麵做了大量的工作。馬裏蘭(lan) 大學利用一種在聚乙烯醇(PVA)聚合物基體(ti) 中嵌入了氮化硼納米片(BNNSs)的複合材料進行3D打印，製成能使人體(ti) 溫度快速下降的智能溫控紡織品，如圖所示。

BNNSs具有二維結構，有高達2 000 W/(m·K)的平麵內(nei) 熱導率，為(wei) 了利用BNNSs的平麵內(nei) 熱性能，片材必須有良好的排列方向和均勻的分散。由於(yu) BNNSS在PVA溶液中進行超聲處理時可以通過吸收的聚合物促進結構穩定，因此可以實現均勻的分散，同時，在纖維打印和進一步的熱拉加工過程中，通過單軸延伸流動引入了納米複合纖維，其中BNNSs形成良好的排列方向，從(cong) 而形成聲子熱傳(chuan) 導的能量路徑。高度定向且相互連接可以提供更多導熱途徑，從(cong) 而有效地提高了a-BN/PVA複合纖維的熱性能，a-BN/PVA紡織品可以沿看纖維釋放人體(ti) 產(chan) 生的額外熱量。紡織品將人體(ti) 產(chan) 生的額外熱量沿纖維釋放到周用環境中，從(cong) 而為(wei) 人體(ti) 提供了熱舒適的微氣候，以達到降溫的目的。

形狀記憶紡織品

形狀記憶聚合物是一種能記住原始形狀的聚合物，在一定條件下改變其形狀，並能通過施加如熱、電、磁場等刺激，又恢複到原始形狀的高分子材料。形狀記憶聚合物最常使用的聚乳酸(PLA),也是3D打印中常使用的材料，因此形狀記憶聚合物可以通過3D打印技術進行製作。目前對於(yu) 使用3D打印技術打印形狀記憶聚合物的相關(guan) 研究，主要涉及材料的兩(liang) 方麵，一類是使用百分百的純聚乳酸作為(wei) 形狀記憶聚合物，但由於(yu) 聚乳酸材料最長能延長10%,因此在進行打印之前需要對結構進行設計以克服這類限製。Langford等使用人字形折紙結構來解決(jue) 這個(ge) 問題，如圖所示。圖(a)是具有人字形折紙結構的3D打印物。

圖(b)展示當折疊時，物體(ti) 體(ti) 積變小。當展開時，物體(ti) 體(ti) 積變大但物體(ti) 上出現了細微的幾條裂紋，如圖(c)所示。

通常PLA長絲(si) 的恒定恢複率約61%,而人字形折紙結構的恢複率提升到約96%。另一類是采用聚乳酸複合材料進行3D打印。Guido Ehrmann、Andrea Ehrmann利用FDM 3D打印機，通過將80%的PLA與(yu) 20%的Fe04混合，形成固體(ti) 混合物並將其粉碎，然後在雙螺杆擠壓機中擠壓打印了一種骨小梁多孔結構,如圖所示。通過施加30 KHz的交變磁場，僅(jin) 在14~24 s後就達到了95%以上的形狀恢複。

智能電子紡織品

智能電子紡織品集成了傳(chuan) 感器、微控製器、執行器、連接設備和能源等電子元件，傳(chuan) 統的電子元件多由金屬、塑料等材料製成，發生彎折、扭轉、拉伸等情況時容易導致不可逆變形，從(cong) 而影響電子元件的正常功能，但柔性材質的運用可以彌補上述問題。這類柔性電子元件不僅(jin) 能夠為(wei) 人們(men) 的日常生活提供便攜功能，而且由於(yu) 其與(yu) 人體(ti) 皮膚接口的能力提高，還可以用來監測人體(ti) 的健康信息。然而，柔性電子元件的傳(chuan) 統加工技術，對於(yu) 功能結構複雜的電子元件的加工會(hui) 有局限。因此，3D打印的三維快速成型的加工方式受到關(guan) 注。目前，各種3D打印技術已經廣泛應用於(yu) 結構性電子設備，為(wei) 了增加對產(chan) 品不同功能需求的適應性，越來越多的柔性材料被應用到3D打印技術中。例如楊慧等利用PCL10K和甲基丙烯酸異氰乙酯的化學反應合成的聚己內(nei) 酯(PCL),可以作為(wei) 3D打印的柔性材料。通過商用的SLA打印機將聚己內(nei) 酯(PCL),打印成柔性裝置，並在上麵塗上導電材料，如銀納米粒子或碳納米管(CNTS),形成具有形狀記憶性能的3D打印柔性電子裝置，如圖所示。

其中，圖(a)的設備由一個(ge) 3D形狀記憶聚合物打印物體(ti) 組成。圖(b)是在室溫下將銀納米粒子以燒結工藝添加到具有形狀記憶性能的3D打印物體(ti) 表麵，製造的柔性電溫度傳(chuan) 感器。圖(c)中，當柔性電溫度傳(chuan) 感器遇到溫度上升後，它的形狀發生變化，由開放電路變成關(guan) 閉電路並點亮發光二極管。使用3D打印技術打印的具有形狀記憶行為(wei) 的柔性傳(chuan) 感器，不僅(jin) 賦予了電子設備以新的功能，而且在改變人與(yu) 電子設備的互動方式的同時，也在提高產(chan) 品質量方麵發揮了重要的作用。

結語

目前市麵上有幾十種3D打印機，不同類型的機器可以根據要求選擇適合的打印材料，但3D打印技術無論是機器或材料都依然存在一定的局限性。3D打印智能紡織品，除了需要滿足功能性外，還應滿足最其本的織物屬性，這些都受到3D打印機器和材料的限製，另外還有尺寸、強度、形變等也是需要關(guan) 注的問題。3D打印智能紡織品主要是智能數字化製造和新型材料的應用，隨著紡織工業(ye) 、智能數字化、新材料及3D打印技術等不同領域的融合發展，使得智能紡織品的生產(chan) 製造更有靈活性，走向更具有個(ge) 性化的生產(chan) 模式。