منسوجات سه بعدی؛ طراحی و تکنیک های ساخت

یکی از نوآوری های اخیر در زمینه منسوجات، عرضه منسوجات سه بعدی (3D Textiles) است. به طور کلی تمام منسوجات دارای ساختاری سه بعدی هستند. با این حال از آنجاییکه عموماً از آنها به صورت تک لایه، مسطح یا ورقه های دو بعدی استوانه ای استفاده می گردد؛ لذا به آنها منسوجات سه بعدی گفته نمی شود.

منسوج سه بعدی چیست؟

وقتی یک ماده تک لایه دارای یک شکل چند جانبه و یا یک ماده مسطح دارای چندین لایه باشد، و یا در صورتیکه یک ماده توپر چند لایه دارای یک شکل سه بعدی باشد؛ به آنها منسوجات سه بعدی می گوییم. مواد توخالی چند لایه نیز در این دسته قرار می گیرند.

انواع طرح های منسوجات سه بعدی

پرکاربردترین منسوجات سه بعدی عبارتند از:

منسوجات سه بعدی بافته شده

هیچ تعریف دقیقی در خصوص این طرح وجود ندارد. در منسوجات سه بعدی بافته شده (Woven 3D Textiles)، ساختارها در جهت های X و Y در جهت Z با هم تنیده شوند. در اینگونه منسوجات، نخ ها در سه جهت عمود بر هم (X، Y و Z) در هم بافته می شوند.

منسوجات سه بعدی بافته شده به یک سیستم دو جهته تشکیل دهنه نیازمندند. در آنها نخ های تار به سمت های بالا و پایین و چپ و راست حرکت می کنند. حرکت مستمر نخ های تار به منظور در هم تنیدن آنها با نخ های پود الزامی است.

منسوجات سه بعدی بافته شده به دستگاه های بافندگی مخصوصی نیاز دارند. روند طراحی بافت اینگونه منسوجات، پیچیده تر از بافت منسوجات عادی است. اما برنامه ای با نام «Weave Engineer» که توسط شرکت TexEng Limited توسعه یافته، روند طراحی آنها را آسان تر کرده است.

بریدهای سه بعدی

بریدها (Braids) حاوی ساختارهای پیچیده ای هستند که در آنها لایه های مجزای نخ به صورت مورب به هم بافته می شوند. حرکت کلاف های نخ به دور یکدیگر با استفاده از چرخ دنده های شاخی مانند انجام می شود. استفاده از این ابزار هیچگونه محدودیتی ندارد؛ چرا که فرآیند بافت یک دست حاوی تنوع چندانی نیست. فرآیند بافندگی چهار مرحله ای می تواند این مشکل را با کنترل واگن ها با کمک رایانه حل کند.

اگر چه با این کار روند بافت تنوع زیادی پیدا می کند؛ اما محدودیت های آن همچنان پابرجا هستند. چنانچه اندازه محصول نهایی بزرگ باشد؛ حرکت کلاف های نخ حول یکدیگر کند می شود. به علاوه به ماشین های بافندگی بزرگتری نیاز است.

ساختارهای تریکو سه بعدی

• ساخت منسوجات تریکو با شکل های جامع پیچیده با بهره گیری از ماشین های بافندگی پودی کنترل شده توسط رایانه ها امکان پذیر است. از این فرآیند در ساخت لباس های کامل که نیازی به دوخت مجزای مختلف ندارند، استفاده می شود. عملکرد مکانیکی در بافندگی پودی بسیار آهسته است؛ زیرا نخ های متشکله منسوجات در دوره های کوتاه تغییر جهت می دهند.
• پارچه اسپیسر (Spacer Fabric) نوع دیگری از پارچه های تریکو سه بعدی است. در این نوع پارچه ها، نخ هایی که بین دو لایه تریکو عبور می کنند، آنها را به هم پیوند می دهند.

خلق ساختارهای چند محوری در بافندگی تاری امکان پذیر است. در این فرآیند ساختار منسوجات با بافت نخ های رابط به یکدیگر تشکیل می شود.

منسوجات سه بعدی بی بافت

انواع منسوجات سه بعدی بی بافت عبارتند از:

• منسوجات بی بافت مسطح حجیم که با روش زیر ساخته می شوند:

1. آرایش متقاطع چندین لایه افقی (جلوه یکنواخت یا متحدالشکل).
2. تا زدن عمودی لایه ها (جلوه سه بعدی بیشتر).
3. سوزن زدن که باعث می شود الیاف جدا کننده مانند یک پل بین دو لایه شبکه ای عمل کنند.

• شکل های سه بعدی بی بافت
• نانو الیاف الکتروریسی

سایر روش های ساخت منسوجات سه بعدی

به برخی دیگر از روش های ساخت لباس های سه بعدی در ادامه اشاره می شود:

در هم تنیدگی کاذب

روش درهم تنیدگی کاذب (False Interlacing) یک مکانیسم برای تولید اقلام سه بعدی است. چنانچه حرکت کلاف های نخ در حین در هم تنیدگی معکوس شود، درهم تنیدگی کاذب رخ می دهد.

تار عنکبوتی

نخ ها روی هم قرار می گیرند و سپس به صورت مجزا به هم پیوند می خورند.

دوختن و گلدوزی کردن

قبلاً لباس های سه بعدی با دوختن دو لایه پارچه به یکدیگر در قالب حلقه های سه بعدی در هم پیچیده تولید می گردیدند. در این فرآیند بخش های مختلف لباس با توجه به الزامات کار بریده شده و به هم دوخته می شوند. دوخت های تزئینی در قالب گلدوزی های تزئینی به پایه پارچه متصل می گردند. وقتی یک ساختار سه بعدی مستقل شکل گرفت؛ ساختار پایه از بین می رود.

آویختگی و شکل گیری پرسی

پارچه بی بافت بین دو سطح قالب قرار می گیرد؛ سپس با پرس کردن آن پارچه سه بعدی ساخته می شود.

منسوجات سه بعدی چه کاربردهایی دارند؟

از منسوجات سه بعدی در حوزه های کاربردی و زیبایی استفاده می شود. موارد کاربرد آنها بسیار وسیع است؛ چرا که از کفش گرفته تا پره های هلیکوپترها را شامل می شود. برخی از حوزه های مهم کاربرد منسوجات سه بعدی عبارتند از:

• حوزه های هوافضا، صنایع اتومبیل سازی و نظامی: پره های فن توربین گازی، رابط ها، پره های روتور هلیکوپتر، حفاظت از خودروهای نظامی و غیره.
• حوزه های ورزشی و تفریحی: کفش های ورزشی، لباس های زیر، لباس های بیرون پوش، چوب گلف و غیره.
• کاربردهای پزشکی: پیوند عروقی دوگانه، داربست های پزشکی، پانسمان زخم، مهندسی بافت، مدیریت زخم و غیره.
• کاربردهای حفاظتی: ساخت زره های انعطاف پذیر بدن، کلاه ایمنی، محافظ اندام، پنل های محافظ در وسایل نقلیه و غیره.
• تصفیه: تصفیه گازها و مایعات.
• کاغذسازی: پشتیبانی از کاغذها در خلال فرآیند تامین هوای گرم.
• ژئوتکستایل: استفاده از آنها در فرآیندهای فیلتر و تفکیک.8-ساخت و ساز: پل های موقت، کفپوش ها، پنل های جانبی محافظ، چهارچوب های اصلی و روکش ساختمان ها.