3D打印技術在服裝設計中的應用與研究

霍嬙

（陜西服裝工程學院服裝學院，陜西西安 712046）

1 研究背景

當代社會賦予服裝更多的社會屬性和功效，在人體需求得到滿足的條件下，人們對服裝的美的需求變得愈來愈強。與此同時，怎么樣使勞動力成本下降，使品牌價值上升正成為服裝工業從業者需要思考的重要問題。

近年來，3D 打印技術在醫療和建筑范疇發展迅速，促進了關聯行業的轉型升級。它被認為是第三次工業革命的象征性技能革新。3D 打印起源于美國，旨在通過對傳統制造業的工藝進行改良，這個技術在很多方面都有涉及，比如打印房屋、打印食物、打印各種材質的飾品等。通過技術的發展以及較多領域的市場需求，進行獨立的個性化設計生產，一次成型，節約了生產原料等。這也是3D打印技術受到很多行業的人們關注的原因。特別是在科學和藝術界，它被認為是自身發展的核心驅動力。自從第一條3D 印花裙子問世以來，開啟了這個時期的潮流。依靠3D 打印的技術創新，服裝行業將擁有具有未來技術感和無限可能性的服裝。

2 3D 打印技術概況

3D 打?。═hree Dimensional Printing）技術是增材制造、逆向工程和快速成型的一種技術[1]。它是一種基于三維數據的離散材料從上到下分層堆疊形成一個實體的技術。我們通過電腦的精密軟件建立模型，對形成構建的類似三維圖形處理分割，這里的圖形被我們變成多層，為了切片先將平面一層一層進行分析，里面有一些不容易看懂的圖形進行分解、分段，設置文件格式、識別、指令等方式讓機器運作時依據前面設置的程序指令對已分段的基本內容，尤其是數值類信息慢慢進行分解。整個打印過程分為三個步驟：先計算分配的液體、粉狀、片狀、固體材料等，接著我們需要在每一個截面都進行打印，再將數以百計的截面通過特定的黏合方式組合成一個有機整體。原理如圖1 所示。

圖1 3D 打印技術堆積疊層的基本原理過程圖

確保成型過程不變形最重要的就是提高3D 打印機的分辨率。為了達到較高的分辨率，處理方法一般會采用變通法，打印出與之前的數值比較偏大的物體，做成高分辨率不失真的物體，利用打磨的技術來得到，我們也可利用支撐緩沖的作用來得到。兩者的效果是基本相同的[2]。通過材料不同，市面上3D 打印技術普遍的成型工藝方法和分類如圖2。

圖2 3D 打印技術主要的成形工藝方法及分類

3 3D 打印技術在服裝設計中的發展現狀

3.1 3D 打印技術在造型設計中的應用發展

通過3D 打印技術和完善的結構系統，可以很好地融入服裝設計領域。這一變化將人們引入了軟件功能領域，并通過時尚與數字信息技術相結合，在服裝設計領域取得豐碩的成果。

3.1.1 服裝設計中造型效果

3D 打印是較為靈活的增材制造方式。其成型的基本思想是增加空間中材料的堆積，無需考慮傳統制造方法的脫模和刀具路徑。因此，任何特殊的形狀都可以直接打印和模制，這大大減少了技術對設計師創造力的限制。通過對三維建模的數據的利用，將設計圖紙順利變為我們需要的成品的流程。這個尺寸很嚴格，精密度要求較高。已經遠超普通生產制作與工藝水平。三維建模的精密水平是由開發人員不斷地調整得來的，目的是與真實數據值無限接近，最大限度地與人體模型集成。圖紙能夠創建厚和輕的造型元素由于具有蜂窩結構的3D 打印的獨特結構所支撐[3]。

3.1.2 服裝設計中材料肌理效果

在3D 打印技術的設計和制造中，大部分是由樹脂、塑料、硅膠、尼龍、纖維等組成的類脂化合物。在特殊情況下，將采用不銹鋼、鍍銀等印刷材料等金屬等非常規服裝材料。用3D 打印出來的特殊材料，通過逐層積累，不斷表達了時尚設計的理念。設計師可以通過這種特殊材料的不均勻的紋理效果來混合和搭配材料，以增強服裝的親和力和分層。如果要結合有機材料，3D 打印就可以完全實現。包括非合成的材料，比如：皮革、蕾絲、鉚釘、塑膠等輔助材料[4]。

3.1.3 3D 技術打印獨特的服飾配件

在服飾配件的創意中，3D 打印技術也發揮著極為主要的作用。例如，帽子、胸針、箱包等的設計，可以使用3D 打印技術來呈現復雜的螺旋形狀，并使用剛性的黑白不透明材料來充分展示復雜的幾何結構，具有雕塑感的配件給了人們一個全新的設計感。

3.2 3D 打印技術表現出的高效性與環?；?/h3>

通過3D 打印技術可以實現更多奇思妙想的設計，根據消費者的身體碼數和要求進行個人定制，人臺、打樣等都可以省略。從開始到制作環節，需要準備各種儀器和數據，大大降低勞動力的成本。其生產系統不僅簡化了生產環節，同時還減少了不必要的原材料的浪費，變得更加環保和方便。

4 3D 打印技術在服裝設計中存在的問題

服裝設計師、制造商和媒體都對3D 打印技術都有很高的期望。很多專業人士認為這項技術可以達到圖紙進去，服裝出來的效果。但就目前的技術而言，3D 技術要想達到這種狀態還需要一些時間。如今，服裝設計行業3D 打印技術的進展存在下列問題：

4.1 設備要求受限

目前的設備還需要優化和設計，這也導致3D 打印技術在服裝產業中的大規模應用還有一定的局限性，限制了市場的普及化、日?；痛蟊娀?。3D 打印并沒有真正進入普通人的日常生活，并真正為公眾服務。

4.2 服裝材料的局限

常規下的服裝材料包括棉、麻、絲綢、羊毛、化纖織物等。它們紡成紗線，然后紗線經過針織或者梭織結構形成面料。在加工過程里，分階段彩色染制、印花，通過不同厚度、不同結構、不同材料的紗線進行相互合并，實現服裝材料的變化。對于3D 打印服裝，基于打印材料的受限情況，沒有完全能夠打印服裝和紡織面料的3D 打印機。而打印材料即3D 打印服裝的面料一直存在缺點，最主要的問題就是成本過高、彈性太差以及材料舒適性不佳等致命的缺點，這使得合適的材料成本上升。這也是服裝產業想要運用3D 打印技術所以面臨的主要屏障。在這樣新的打印技術的加持下，主要使用的服裝面料的質料有聚乙烯、ABS、PLA、尼龍粉末等。它們充滿了后現代主義。價格低廉的這些材料，在很多方面廣泛運用。經過多次應用發現3D 打印形成的面料存在弊端，如舒適度、親膚性以及柔軟程度都表現不佳[5]。與此同時，我們經過測試發現了令人鼓舞的情況，橡膠等柔性材質在應用3D打印技術的過程里，產生的面料性能里，柔韌性得到了顯著的提高，但是昂貴的材料并不是所有人都能接受。因此并不能在市場中被大量運用。生產出舒適的服裝，必須找到合適的3D 打印服裝耗材是重要的一環。

4.3 服裝色彩的多樣性限制

色彩是服裝設計的重要因素之一。我們說它是直接影響服裝時尚感的重要因素。怎么樣在使用3D 打印的過程中準確地添加色彩一直是困擾設計者的核心問題之一。為了控制整個服裝所帶來的成本和限制，一般都會是單色。對于服裝設計來說，在現有的技術條件下，我們看不到所設計的服裝對人體的著裝效果，也不能準確地把握新樣衣在人體上的真實形態表現。這很容易導致材料和時間的過度浪費，從而增加制造成本。

5 3D 打印技術在服裝設計中的未來發展趨勢

5.1 智能化、通用化

未來使用的材料將趨向智能化和通用化方向發展?，F在的3D 打印材料主要有光敏樹脂、金屬材料、工程塑料和橡膠類材料。缺點比較多，并不能滿足服裝市場對材料成本和性能的控制和要求。未來，我們將開發更多更符合市場需要的更多優點的特殊材料來更新?？梢詮乃姆N不同類型的材料入手，如纖維類型材料、功能性材料、復合材料和智能材料等。這將是未來的智能服裝可穿戴技術的又一次里程碑。

從現在的技術設備和方法來看，智能化和通用化水平很高。但設備中的軟件并不通用。因此打印方法和后處理在操作上顯得很困難，技術門檻過高，用戶在操作時不夠智能。今后，我們將從三維建模軟件中輸出為三維實體，直接把計算機的外部輸出設備設置為3D 打印機，從而使操作更加優化，更受市場歡迎[6]。

5.2 精密化、多功能

伴隨著不斷迭代發展的3D 打印技術，使設備更加智能和精密化，并同時擁有直接拿取，上網、攝像、觸摸屏等功能。

5.3 科技化、時尚化

5.3.1 3D 打印技術對服裝個性化定制的影響

3D 打印技術具備立體穿著效果的直觀感受，還兼具反復調整，這對于服裝設計師來講時間和材料的損耗被縮短和減少，從而也降低了服裝材料的成本。對于顧客來講避免了重復性試樣的麻煩。我們通過利用三維掃描技術可以得到需要的人體尺寸等重要數據和人體的標準三維模型。相對于傳統的測量方法，這樣做更方便也更科學。從此空間的限制將不再成為現實問題。實現了不同地域國際化的一對一特別定制。人體模型中創建的服裝和服飾模型變得更加容易得到，這是服裝設計師希望看到的結果。然后他們進行專業和個性化的設計呈現，得到客戶希望的服裝樣式。最后，定制款服裝被3D 打印機成功輸出，完成定制成衣的整個制作過程。這種極具科技感的時尚生活方式是過去傳統形式所無法想象的。它這樣的新工藝制造方式明顯更具有發展空間和優勢。

5.3.2 高性能美服的問世

Electoloom 打印機是一臺3D 可輸出柔軟性織物的世界首款打印機。它是通過設置模板，這種模板需要特定的形狀，并提前設置好，利用電場引導型織布（Field Guided Fabrication，FGF）技術，將液態的材料轉向模板形成有規則的排序交織或者堆砌，形成于模板的表面，最終形成密度高材料有柔軟度的服裝。這是利用機器內的電場來達到該結果。大大節約了紡紗、印染和裁剪的工序時間，服裝原材料能夠被合理有效地利用。不過這款機器在應用方面也存在一些問題，比如使用類似塑料的原材料會使服裝樣衣的質地偏硬，穿著后的柔軟性和舒適性大打折扣。為了改變這一局面，很多企業都在開發其他更多的材料。絲綢、丙烯酸纖維等是大家目前開發最多的材料，未來會有更多高性能的美服面世[7]。

5.3.3 3D 打印服裝產業化

在2005 年Tamicare 公司是一家英國專門開發制造系統的公司。它的制造系統Cosy flex 取得行業專利。該公司在長達10年的時間里一直在做的工作就是運用3D 技術來打印布料、完善服裝生產系統。Cosy flex 系統可以進行一對一的個性化定制需要，也可以打印生產大量的紡織品，每年有接近300 萬套服裝的生產產能。這里的生產系統能夠有效處理原材料的不當損耗，制作工藝更加簡單和高效，基本符合國際環保的要求。既沒有裁剪也不需要縫制。與傳統制造業相比優勢更加明顯。這項技術在智能穿戴領域也發揮著極其重要的角色，它是可以將傳感器和導線一起打印到服裝當中，促進科技與服裝的緊密聯系[8]。

6 結語

從整個服裝發展的歷史來看，每一次的科技發展和應用都會推動服裝產業的高速運轉。我們從3D 打印技術這一角度看出了它的應用將使服裝設計的發展呈現出一個里程碑式的變革。它在服裝設計中的應用層出不窮，給人以驚艷、獨特和個性化的視覺效果。盡管當下的3D 打印服裝在材料、色彩、成本、技術等問題并不完全適用于日常生活，但是經過我們長期的研究和嘗試新材料、新技術、新設計，未來大眾將更加愿意選擇具備個性化與科技環保的3D 服裝。