廣州大學 美術與設計學院 侯昕志
摘要：3D打印技術是由2D打印切片逐層黏合的三維產品制造技術。文章基于激光固化3D打印技術對服裝設計創新實踐進行論述，并通過打印材料比較的方法篩選最優方案制作成品，在實現服裝新穎性的同時滿足衣著舒適度。文章綜述了3D打印的基本情況；探討了可服用3D打印材料的優缺點；實踐了最新 3D打印材料及方法在服裝中的運用；總結了3D打印服裝的局限性；并為3D打印技術在服裝設計創新中的應用提供發展方向。
關鍵詞：3D打印 服裝設計 設計創新
中圖分類號：TS941 文獻標識碼：Ａ
文章編號：1003-0069(2017)08-0112-03
Abstract：3D printing production has been made thorough stacking and bonding sections that printed with 2D printing equipment. This article based on the technology of Laser curing 3D printing, discussed how this technology promotes costume designing innovating and using method of material comparison to select and make the greatest finished production that can achieve both ornamental value and comfortable capability. Furthermore this article summarized the basic condition of 3D printing technology and discussed the merits and demerits of each material that can be used in garment 3D printing area. In addition，it practiced the ways that the latest 3D printing technology and material been used in costume designing area and analyzed the possibility and boundedness of garment 3D printing. In the end, this article provided the way that 3D printing technology combines with costume designing to developing and innovating.
Keywords：3D printing Clothing design Design innovation
前言
二次工業革命的印刷技術將人類從重復的手工勞動中解放出來，且工業印刷有效避免了人工謄抄的錯誤，實現了信息傳遞的良好時效性及準確性。如今，實效性與準確性不僅在信息獲取中至關重要，在社會生產中也是第一要務，被譽為可能成為第三次工業革命開端的3D打印技術則是將人類從工業生產時代帶入智能生產時代的先鋒。印刷技術是將油墨噴于紙張的2D打印技術，厚度可忽略不計，但如對其進行反復打印，厚度就會增加，如果每一層的圖案都是不同的，以此就能形成三維模型[1]，3D技術便由此誕生。
一、3D打印的基本概況
3D打印是以數字化模型作為基礎的一種快速成形技術，可對一些具有黏合性的材料通過2D打印的方式堆積出三維物體[2]，其較二維打印增加了空間維度。
（一）3D打印基本理念
3D打印運用到服裝設計的整個過程使服裝的構思與最終成型達成一致，其各環節通過數控完成且數據共享，且任何形狀及結構都通過每一層逐層變化的截面與前一層自動連接制造三維形態[3]。目前3D打印技術類型主要分為擠壓、線狀、粒狀、粉末層噴頭、壓層、光聚合六大類，其中擠壓技術通過對有熱塑性的塑料、可食用材料等進行逐層擠壓打印；線狀技術一般任何合金都可以為其所用；粒狀技術則主要采用金屬、陶瓷等粉末打印；粉末層噴頭打即石膏3D打印，其打印材料僅限石膏；層壓技術的打印材料包括紙、金屬膜、塑料薄膜等；光聚合技術打印材料則為光硬化樹脂，其通過對光的控制逐層硬化液態材料，使其粘貼成型[4]。通過3D打印技術實現的產品，需對其產品結構進行三維建模，再用分層技術將其模型切片,每片路徑的數據經掃描后能精確控制各種類型的3D打印機的工作方式，但都以逐層打印后進行黏合的基本原理運作。目前世界上最先進的3D打印技術為CLIP（Continuous Liquid Interface Production）技術，即持續性液體界面生產技術。其技術采用高分子化學中光能讓液體轉化為固體，氧又抑制其過程的原理來控制完成3D打印的連續成型[5]。
（二）3D打印應用領域
3D打印改變了傳統的制造方式，使人類生產方式發生了根本性的變革，其可打印任何復雜、微小、高精度的零件，在工業領域和航空航天領域最先得到重視，制作一些人工難以完成的部件。第二應用在醫療領域，醫療領域又分為醫療器械、器官、藥物三個方面：3D打印的醫療器械能無誤差地實現符合人體工學的設計，因其打印一次成型，避免了傳統制造方法在制造過程中無法完成的角度和銜接誤差；在醫療器官的打印上更能體現傳統制造無法達到的優勢，可針對人體肢體受傷情況進行3D掃描，再契合傷口打印出仿真程度極高的替代肢體；3D打印藥物不僅能精確控制藥物成分且時效性高。第三應用在汽車和建筑等大型制造領域中，3D打印的快速性和節省人力資源的特點能在大型建設中充分體現出來。第四是在服裝領域，雖服裝是較晚與3D打印合作的，但其發展速度較快，人們在追求個性化獨一無二的同時要求服裝的新穎性、便捷性、環保性等，其都能由3D打印服裝實現。
（三）3D打印在服裝設計中的應用現狀
早在2010年，在服裝領域首次嘗試3D打印的荷蘭時裝設計師艾里斯·范·荷本為3D打印服裝做出了杰出貢獻（如圖1左所示），其作品展示了3D打印的造型能力，可以清楚地看出這是傳統工藝無法完成的程度，且精度極高，其實現了以前設計師只能想象而無法制作的立體感極強的服裝。雖然其服裝可以達到具有立體建筑感的立體主義設計效果，但產品質地較硬，基本實現不了穿脫，只能作為展示性產品在展示之前在模特兒身上組裝，拆卸后則還原成零件狀態。在2016年的時裝周上，艾里斯·范·荷本的3D打印服裝（如圖1右所示）全以柔軟質感出現，在貼合人體曲線的同時展現了3D打印的立體效果，其服裝實現了觀賞價值與實用價值的高度統一。3D打印服裝在經過五年發展后，從無法穿脫的硬質服裝到可服帖穿著的柔性服裝，3D打印的機器、方式、材料都發生了變化。由此可見，國外的3D打印技術完全可以滿足大眾的服用需求。國內3D打印行業起步較晚，較領先的是龍尼科技打印的3D服裝（如圖2所示），其所用機器可打印硬質與軟質兩種材料[6]。由此可見，雖國內3D打印服裝發展較晚，但發展速度較快，其有望發展成為世界領先技術。
（四）服裝3D打印材料
目前為止，服裝3D打印工藝以FDM、SLS、SLA三種為主，FDM打印方式是將塑膠材料進行加熱融化后通過機器擠壓到既定位置凝固成型；SLS是將粉末狀材料加熱后通過高效激光進行燒結打印，使物體成型；SLA使用紫外光對液態材料表面進行掃描，每一次掃描都會形成一層極薄的切片以此堆積物體[7]。每種工藝使用材料不同，各有利弊（如表1所示），一般用FDM方式打印的材料以PLA與ABS兩種為主；采用SLS方式打印的材料以塑料粉末為主；采用SLA方式打印的材料以未來8000樹脂為主；一般FilaFlex材料運用在CLIP技術中。3D打印服裝容易受其技術與材料的限制，視覺效果與服用舒適度難以有效統一，但合理利用以上材料及打印工藝并結合傳統布料便可使服裝產品具有良好衣著感的同時達到立體建筑感。
二、3D打印在服裝設計中的創新實踐
3D服裝生產流程第一步，需進行圖紙繪制，對服裝產品廓形、尺寸、弧度等數據進行設計。第二步，在三維軟件中構建立體模型，需在模型設計過程中完成以下三個方面：考量服裝產品支撐力、把握其最佳厚度、預估產品最終效果。產品支撐力是產品能否成型的關鍵；把握產品最佳厚度是要在服裝達到最佳產品效果的同時達到可打印程度；預估產品效果能對三維圖紙的設計起到指導作用。第三步，將服裝產品進行打印，不同產品對其打印的機器與材料要求各不相同，為達到最佳打印效果，需產品、機器、材料三者統一。第四步，對服裝產品進行后期處理，以彌補在打印過程中出現的不足，并建立三維圖紙與實際產品的對照資料庫，為后續建模設計提供可靠依據，同時為制造出最大限度貼合設計的產品打下基礎。
為實踐上述3D打印服裝并篩選最優方案及過程如下：
（一）確定器材
3D服裝部件打印材料、機器分別為未來8000樹脂、3D激光固化打印機。其材料呈液體，聚合固化條件為355nm波長的紫外光，打印精度可達100微米。其材料優點是成本較低、精度高、時效性好、裝配性好、呈現產品表面光滑，且打印產品可通過絲印、電鍍、噴漆等手段進行后期處理。其材料熱變形溫度為46℃、抗拉伸強度為47MPa、彎曲強度為67MPa、吸水率為0.4%。其機器（如圖3左所示）為目前打印產品尺寸最大的高精度3D打印設備，一般由4臺或以上的激光器同時掃描以完成復雜零件的高精度切割成形[8]。
（二）零件成形
3D打印服裝部件成型過程為：第一步對其結構進行三維建模，本實踐以悉尼歌劇院貝殼形屋頂為靈感結合中式四方連續紋樣在3Dmax建模軟件中對服裝部件進行建模（如圖4所示）。第二步用分層技術將其切片,每片路徑的數據經掃描后能精確控制激光器和升降臺的工作方式（如圖3右所示）。當激光器紫外光達到固化條件時，通過計算機數控照射液態未來8000樹脂表面，便能固化一層切片，然后升降臺會下降到第二層的切片位置，以此依次固化形成每層切片并與上一層黏合，待產品全部打印完成時再從液體中整體拉出。第三步為后期整理，將產品用砂紙進行打磨，使其產品各立面更光滑且光澤度更高。
（三）制作服裝
3D打印服裝部件質地較硬（如圖5左所示），需與傳統面料結合設計出既能給大眾帶來未科技感又具備衣著舒適度的創新服裝。服裝選用的面料特性與花紋能與3D打印材質與紋樣相協調：其為雙層螺紋織物，既有彈性，能夠完美貼合人體展現女性身姿曲線的同時，又有足夠的韌性依托3D打印衣片而不使服裝下墜變形。選用花紋清新洋溢，底色與鏤空的3D打印衣片融合且立體造型能夠透出底布，若隱若現，猶如萬花叢中蝴蝶飛舞。完成作品（如圖6所示）以基本連衣緊身裙型為基礎，呼應3D打印部件的立體鏤空設計，在服裝腰部加入平面鏤空，其由兩組橫向相反Y形裁片(如圖5右所示)交錯而成。鏤空中國傳統紋樣的3D打印部件與傳統面料完美融合的同時，突出立體造型，用科技的方式實現了傳統紋樣的創新表達。
三、3D打印服裝的局限性與發展性
（一）局限性
首先，發展3D打印服裝的主要限制在于成本，其高昂的成本讓3D打印服裝難以順利進入市場，雖3D打印已經可以完成任何質感、任何大小的服裝，但居高不下的價格和望塵莫及的技術是其進入大眾生活的主要阻礙力量。其次，3D打印服裝的設計師與建模師很難對一件產品達成共識，這要求完成3D打印服裝的設計人員熟知CAD、3Dmax等相關三維軟件操作。3D服裝的設計對設計者有著軟件專業技術上的要求，而現有設計師無法直接過渡到3D服裝的設計，其實現的時間差是如今3D打印服裝的又一局限。3D打印機器是可以實現家用的，用戶可根據自己的設計完成產品，但一般用戶無法實現自主建模，因此也無法實現滿足大眾使用的目的，導致推廣困難。最后，3D打印服裝不同于傳統的服裝制作，3D打印技術的3D掃描技術可復制任何復雜和高精度的產品并打印，同樣可無誤差地掃描服裝并打印，這讓服裝設計版權容易受到侵害，社會將無視服裝設計師的勞動價值。不僅如此，大眾的財產和人身安全也極易受到威脅，比如ATM提款卡、鑰匙、武器等都可以任意復制，給社會安全帶來隱患，更重要的是產品專利和版權很難受到保護。
（二）發展性
首先，3D打印服裝產品價格會越來越被大眾接受。當社會基礎硬件設施和軟件條件發展到一定程度時，投資和生產3D服裝的社會力量會增加，便可支撐3D服裝產業商業鏈循環，成本自然隨著基礎費用的均攤者增加而降低。加之技術的成熟和新的材料的發現都是降低3D打印服裝成本的有效手段。其次，3D虛擬試衣技術越來越人性化。一種虛擬試衣技術可實現3D打印服裝的網絡定制模式，并進行銷售[9]。其由香港理工大學研發，這種虛擬機器人模型改變了服裝行業的試衣面貌，其系統解決了傳統試衣系統依賴固定尺寸模特、占用大量工作空間的問題。這種智能的機器人模型可通過計算機控制出任何數據參數的人體類型，人體測量和機電一體化的虛擬試衣模式節省了3D服裝設計過程中的時間與人力消耗，降低了其建模的技術難度[10]。最后，3D服裝產品版權將受到保護。先進的科技成果必然會引起一系列新的社會問題，針對這些問題，對3D打印機的使用進行限制十分必要：每臺打印機會像房產一樣，有產權人能夠對這臺機器負責，對其實行監管，不能用于危害社會產品的生產。對于沒有購買使用權的3D服裝產品，機器程序將無法進行識別、掃描及生產。
結論
3D打印技術在服裝中的應用層出不窮，給人以驚艷的視覺效果。3D打印服裝較初期而言，在打印外觀、成形速度、成本價格、服裝硬度、使用實用性上已大大改善，且大眾獲取科技信息的途徑、速度及頻率越來越多元化及快速化，使得愿意選擇更具個性與科技環保3D服裝的人數逐年增加。隨著3D打印機器的改善發展、更環保及廉價的新材料出現，3D打印服裝進入普通人的日常生活指日可待。設計人員在把握3D打印技術的同時熟知建模軟件的應用，便可以運用3D打印技術在服裝設計中實現不斷創新。
參考文獻
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