منسوجات سه بعدی

ترجمه: آزاده موحد

به گزارش سرویس ترجمه نساجی امروز، با یک جستجوی سریع و سطحی در دنیای جذاب منسوجات سه بعدی می توان دریافت که این بخش منجر به ایجاد فرصت های گسترده و روش های متنوعی خواهد شد. برای مثال یک جستجوی ساده در گوگل در مورد پارچه های سه بعدی، چیزی حدود 325 میلیون نتیجه به دنبال خواهد داشت که شامل مدل های سه بعدی از هر چیزی می شود از پارچه های تاری پودی و کشباف قدیمی گرفته تا بی بافت ها و چاپ های غیرمتداول. نیازی به گفتن نیست که لیست کاربردهای این منسوجات بسیار متنوع و گسترده می باشد؛ بعضی از آن ها واضح و بدیهی و بعضی نیز نامشهود است.

در این رابطه فکری که نخست به ذهن خطور می کند این است که مهندسان سرانجام احساس راحتی بیشتری با منسوجات سه بعدی کرده اند و استفاده از آن را در موارد کاربردی دینامیک پذیرفته اند. در عین حال طراحان نیز تخصص بیشتری در خلق پارچه ها یا شاید مواد اولیه لیفی مناسب تر یافته اند که نشان دهنده نیازهای فنی، بصری و یا لمسی می باشد.

تنوع و کارایی های تعریف شده از نخستین دلایل علاقه به منسوجات سه بعدی است. عملا تمامی فناوری های تولیدی در نساجی قابل به کارگیری یا اصلاح برای تولید منسوجات سه بعدی هستند. در واقع موارد کاربرد این منسوجات تقریبا بی انتهاست.

بافندگی تاری پودی سه بعدی

از بافندگی تاری پودی سه بعدی همچنان بیشتر در زمینه کامپوزیت ها استفاده می شود؛ جایی که تاکید بیشتر بر روی جایگزینی فولاد با کامپوزیت به منظور کاهش وزن می باشد. به گفته دکتر کیث شارپ، مدیر توسعه محصول بافندگی سه بعدی کمپانی Tex Tech Industries در پورتلند استفاده از کامپوزیت های دارای بافت های سه بعدی به جای فولاد یک انتخاب عالی است. می توان با بافندگی تاری پودی پریفورم های توری مانند که قابل قالب گیری به شکل های دقیق و با طراحی های پیچیده است، نه تنها وزن را کاهش داد بلکه در نیروی کار مورد نیاز برای تولید نیز صرفه جویی کرد و به طور بالقوه اعتمادپذیری را در طولانی مدت افزایش داد. در حال حاضر کاربردهای متعددی برای این کامپوزیت ها وجود دارد اما احتمالا تیغه فن موتور جت LEAP که کمپانی آلبانی اینترنشنال آن را به روش بافندگی سه بعدی تولید می کند، یکی از مهم ترین مثال ها در این رابطه می باشد.

مدول موتور لیپ قابلیت کنترل قرارگیری الیاف و ایجاد مسیر سفارشی برای نخ به منظور دستیابی به خواص مشخص را داراست. بر اساس آن چه در وبسایت کمپانی آلبانی اینترنشنال آمده، موتور لیپ دارای مزایای زیر است:

• مدول کامپوزیتی فن در مقایسه با اجزای فلزی مشابه در هر موتور 300 پوند سبک تر است؛
• با استفاده از تیتانیوم امکان دستیابی به تیغه های کامپوزیتی که تولید آن ها چالش برانگیز است، ممکن می شود؛
• مقاومت بالاتر در برابر ضربه و وزن کمتر نسبت به جایگزین های کامپوزیت لمینت.

علاقه به کامپوزیت های سه بعدی تاری پودی عامل نوآوری های زیادی در تجهیزات جدید شده است به طوری که فعالیت تولید کنندگان ماشین آلات نیز در این بخش افزایش یافته است. از نظر تاریخی، ماشین های بافندگی سه بعدی نسخه های شدیدا اصلاح شده ماشین های بافندگی متداول دو بعدی بوده اند و یا این که تنها یک عدد از آن ها به صورت سفارشی و با مفاهیم مشخصی که از محصول در ذهن بود، تولید می شد. در طول چند سال گذشته کمپانی سوییسی اشتابولی که به دلیل سیستم های کنترل دهانه تار ژاکارد شناخته شده است، سیستم فنی بافندگی تاری پودی خود را عرضه کرده که یک ماشین بافندگی ویژه کارهای سنگین بوده و هنگامی که با ژاکاردها یا سیستم های کنترل دهانه تار Unival جفت می شود، انعطاف پذیری فوق العاده ای در طراحی محصول و قابلیت تولید آن از خود نشان می دهد.

کمپانی آلمانی دورنیر نیز که در رابطه با تولید ماشین آلات بافندگی تاری پودی برای بافت پارچه های فنی، صنعتی و عملکردی شناخته شده می باشد، اخیرا مجموعه ای از محصولات را معرفی کرده است که به طور خاص برای صنعت کامپوزیت طراحی و تولید شده اند. در حال حاضر سیستم های کامپوزیتی کمپانی شامل یک ماشین می باشد که برای بافندگی پریفورم های سه بعدی طراحی شده است.

بافندگی حلقوی سه بعدی

مقالاتی که اخیرا در وبسایت های مختلف به چاپ رسیده است نشان دهنده میزان تاثیرگذاری منسوجات سه بعدی می باشد. در این مقاله ها بیشتر بر ظهور پارچه های حلقوی پودی سه بعدی و کنترل ابعادی در ساختارهای کشباف و پیشرفت های صورت گرفته در نحوه تعامل کاربران که منجر به طراحی های موثرتر و کاراتر برای محصولات کشباف می شود، تمرکز شده است. بافندگی حلقوی سه بعدی نه تنها از جنبه طراحی محصول مفید است(شما به ماشین برنامه می دهید، نخ می گذارید و یک لباس کامل تحویل می گیرید)، بلکه پتانسیل به کارگیری اجزای الکترونیکی پوشیدنی را در یک محصول کشباف مد روز نیز داراست که بعضی از این محصولات در حال حاضر وارد بازار هم شده اند. موسسه غیرانتفاعی پارچه های عملکردی پیشرفته آمریکا(AFFOA) واقع در کمبریج که مقر اصلی آن نزدیک به موسسه فناوری ماساچوست می باشد به منظور بهبود استفاده از فناوری های نساجی در ابزار و سیستم های یکپارچه و شبکه ای تاسیس شده است. تمرکز بر اثربخشی کشباف های سه بعدی در ایجاد شکل های پیچیده بخشی از فعالیت های این موسسه به شمار می رود. به گفته مدیر عامل موسسه، یوئل فینک شما دیگر تنها برای داشتن یک پیراهن پول نمی پردازید بلکه برای عملکردی که آن پیراهن دارد، هزینه می کنید. در واقع شما برای یک عملکرد خاص پول می دهید و یک پیراهن می خرید. بدون شک این نگرشی جدید به منسوجات در آینده است.

تولیدکنندگان پارچه های سه بعدی دارای بافت حلقوی پودی نظیر کمپانی های Gehring Textiles و Apex Mills واقع در نیویورک همچنان به دنبال ایجاد زمینه های کاربردی جدید و متنوع برای این محصولات هستند از مد گرفته تا مبلمان و کالای خواب و موارد دیگری که در آن ها سازگاری، پر کردن جاهای خالی، افزایش گردش هوا و پارامترهای مهندسی افزوده حایز اهمیت است.

بی بافت های سه بعدی و تولید افزایشی-چاپ سه بعدی

با در نظر گرفتن تمامی جوانب حداقل از نقطه نظر نساجی می توان گفت که چاپ سه بعدی که توجهات زیادی را در زمینه های مختلف به خود جلب کرده، یک مدل دقیق تر از  بی بافت های اسپان باند است که در آن پلیمر بر روی کمربند جمع کننده اکسترود شده و به هم متصل می شود و یک شکل خاص را به وجود می آورد. در واقع تنها تفاوت این دو این است که آرایش و شکل گیری بی بافت های اسپان باند و الگوی اتصال آن ها معمولا به صورت رندوم و اتفاقی است اما چاپ های سه بعدی به صورت لایه های دقیق و در مکان های مشخص اکسترود می شوند. بی شک در سال های اخیر چاپ سه بعدی تبدیل به یک فناوری اطلاعات شده و بسیار مورد توجه رسانه ها قرار گرفته است چه شما اعتقاد داشته باشد که این روش در واقع همان ادامه روش های تولید منسوجات است یا خیر.

چاپ سه بعدی که بسیاری آن را روشی برای خلق اشکال بسیار پیچیده و ابزار جدید می دانند، در حال حاضر به عنوان یک راهکار برای هر گونه فرصت یا کمبودی در تولید در نظر گرفته می شود. چاپ سه بعدی به معنای واقعی کلمه این مفهوم را می رساند که با چاپ سه بعدی هر چیزی را که تصور می کنید می توانید بسازید. چاپ سه بعدی در ابتدا برای تولید سریع نمونه اولیه از یک محصول به کار گرفته می شد چون با استفاده از این روش امکان تولید دقیق و با جزییات قطعات، کشف مفاهیم و ارزیابی تئوری های مختلف وجود داشت. با پیشرفت فناوری و افزایش اشتیاق در این زمینه، سیستم های پلیمری جدید و پیشرفته ای تولید شده که دارای تنوع زیادی برای چاپ "فلزات"، افزودن مواد اولیه لیفی به عنوان تقویت کننده ها و بهبود انسجام لایه ای ساختارهای چاپ سه بعدی است. همگام با پیشرفت های صورت گرفته در زمینه واسطه ها یا ورودی های مورد استفاده، اندازه، سازگاری و ... چاپگرهای سه بعدی نیز تا حد زیادی بهبود یافته است. این چاپگرها در طول چند سال گذشته تکامل یافته و از مدل های رومیزی ابتدایی که حداکثر یک قطعه مکعبی به اندازه پای انسان چاپ می کرد تبدیل به چاپگرهای فلزی بزرگ به اندازه یک اتوبوس شده اند که قابلیت تولید نسخه های بزرگ تر را دارا هستند.

با تداوم رشد فناوری و تولیدات مقرون به صرفه تر و در مقیاس بزرگ تر، کاربردهای بالقوه این بخش نیز به تبع آن افزایش خواهد یافت. متاسفانه در اینجا فرصت بحث درباره این کاربردها نیست چون گروه جدیدی از منسوجات در حال ظهور می باشد.   

منسوجات چهار بعدی؟

محققان از موسسات مختلفی نظیر موسسه فناوری ماساچوست، هاروارد، دانشگاه فنی آخن، دانشگاه توماس جفرسون و سایر موسسات در حال کشف و بررسی امکان ترکیب منسوجات و سایر مواد قابل برنامه ریزی از طریق چاپ سه بعدی و با روش های عجیب و غریب هستند. گفته می شود اصطلاح چاپ چهار بعدی برای نخستین بار چندین سال پیش توسط اسکایلر تیبتز مدیر آزمایشگاه Self-Assembly یا خودسامانی در موسسه فناوری ماساچوست و فارغ التحصیل دانشگاه جفرسون، از طریق ترکیب بعد زمان با طول، عرض و عمق ابداع شده است.

دکتر کریس پاستور، استاد مطالعات بین رشته ای در دانشگاه جفرسون می گوید: "آیا ترکیب انعطاف پذیری و ارتجاعی بودن مواد اولیه نساجی با ساختارهای پلیمری سخت چاپ سه بعدی به منظور خلق سیستم هایی که هنگام حرارت دهی یا استفاده از هر عامل فعال کننده دیگر برای تغییر شکل، از ساختار دو بعدی به ساختارهای پیچیده سه بعدی تبدیل می شوند، هیجان انگیز نیست؟ حتی ممکن است در صورت استفاده از پلیمرهای حافظه دار در ساختار چاپ سه بعدی این امکان وجود داشته باشد که با فعال سازی آن شی بتوان به ساختاری کاملا متفاوت دست یافت. یک ماده اولیه منسوجی مسطح را در نظر بگیرید که با چاپ سه بعدی یک شبکه توری مانند بر روی آن اضافه می شود و می توان بعدها با فعال سازی، شکل آن را تغییر داد. شما می توانید با یه کارگیری یک ماده فعال کننده بر روی یک جسم مسطح آن را به یک چادر تبدیل کنید. پتانسیل منسوجات چهار بعدی شگرف و حیرت انگیز است."

مطالب فوق ممکن است فکر شما را درگیر کند اما ویدیوهای زیادی را می توانید در یوتیوب پیدا کنید که در آن ها نشان می دهد چطور ساختارهای سه بعدی مسطح به اشکال مختلف تبدیل می شود. معروف ترین آن ها مربوط به ویدیویی است که در آن یک پلیمر خطی مستقیم به طرز جادویی به حروف اول موسسه فناوری ماساچوست یعنی MIT تبدیل می شود.