广州大学 美术与设计学院 侯昕志
摘要：3D打印技术是由2D打印切片逐层黏合的三维产品制造技术。文章基于激光固化3D打印技术对服装设计创新实践进行论述，并通过打印材料比较的方法筛选最优方案制作成品，在实现服装新颖性的同时满足衣着舒适度。文章综述了3D打印的基本情况；探讨了可服用3D打印材料的优缺点；实践了最新 3D打印材料及方法在服装中的运用；总结了3D打印服装的局限性；并为3D打印技术在服装设计创新中的应用提供发展方向。
关键词：3D打印 服装设计 设计创新
中图分类号：TS941 文献标识码：Ａ
文章编号：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
二次工业革命的印刷技术将人类从重复的手工劳动中解放出来，且工业印刷有效避免了人工誊抄的错误，实现了信息传递的良好时效性及准确性。如今，实效性与准确性不仅在信息获取中至关重要，在社会生产中也是第一要务，被誉为可能成为第三次工业革命开端的3D打印技术则是将人类从工业生产时代带入智能生产时代的先锋。印刷技术是将油墨喷于纸张的2D打印技术，厚度可忽略不计，但如对其进行反复打印，厚度就会增加，如果每一层的图案都是不同的，以此就能形成三维模型[1]，3D技术便由此诞生。
一、3D打印的基本概况
3D打印是以数字化模型作为基础的一种快速成形技术，可对一些具有黏合性的材料通过2D打印的方式堆积出三维物体[2]，其较二维打印增加了空间维度。
（一）3D打印基本理念
3D打印运用到服装设计的整个过程使服装的构思与最终成型达成一致，其各环节通过数控完成且数据共享，且任何形状及结构都通过每一层逐层变化的截面与前一层自动连接制造三维形态[3]。目前3D打印技术类型主要分为挤压、线状、粒状、粉末层喷头、压层、光聚合六大类，其中挤压技术通过对有热塑性的塑料、可食用材料等进行逐层挤压打印；线状技术一般任何合金都可以为其所用；粒状技术则主要采用金属、陶瓷等粉末打印；粉末层喷头打即石膏3D打印，其打印材料仅限石膏；层压技术的打印材料包括纸、金属膜、塑料薄膜等；光聚合技术打印材料则为光硬化树脂，其通过对光的控制逐层硬化液态材料，使其粘贴成型[4]。通过3D打印技术实现的产品，需对其产品结构进行三维建模，再用分层技术将其模型切片,每片路径的数据经扫描后能精确控制各种类型的3D打印机的工作方式，但都以逐层打印后进行黏合的基本原理运作。目前世界上最先进的3D打印技术为CLIP（Continuous Liquid Interface Production）技术，即持续性液体界面生产技术。其技术采用高分子化学中光能让液体转化为固体，氧又抑制其过程的原理来控制完成3D打印的连续成型[5]。
（二）3D打印应用领域
3D打印改变了传统的制造方式，使人类生产方式发生了根本性的变革，其可打印任何复杂、微小、高精度的零件，在工业领域和航空航天领域最先得到重视，制作一些人工难以完成的部件。第二应用在医疗领域，医疗领域又分为医疗器械、器官、药物三个方面：3D打印的医疗器械能无误差地实现符合人体工学的设计，因其打印一次成型，避免了传统制造方法在制造过程中无法完成的角度和衔接误差；在医疗器官的打印上更能体现传统制造无法达到的优势，可针对人体肢体受伤情况进行3D扫描，再契合伤口打印出仿真程度极高的替代肢体；3D打印药物不仅能精确控制药物成分且时效性高。第三应用在汽车和建筑等大型制造领域中，3D打印的快速性和节省人力资源的特点能在大型建设中充分体现出来。第四是在服装领域，虽服装是较晚与3D打印合作的，但其发展速度较快，人们在追求个性化独一无二的同时要求服装的新颖性、便捷性、环保性等，其都能由3D打印服装实现。
（三）3D打印在服装设计中的应用现状
早在2010年，在服装领域首次尝试3D打印的荷兰时装设计师艾里斯·范·荷本为3D打印服装做出了杰出贡献（如图1左所示），其作品展示了3D打印的造型能力，可以清楚地看出这是传统工艺无法完成的程度，且精度极高，其实现了以前设计师只能想象而无法制作的立体感极强的服装。虽然其服装可以达到具有立体建筑感的立体主义设计效果，但产品质地较硬，基本实现不了穿脱，只能作为展示性产品在展示之前在模特儿身上组装，拆卸后则还原成零件状态。在2016年的时装周上，艾里斯·范·荷本的3D打印服装（如图1右所示）全以柔软质感出现，在贴合人体曲线的同时展现了3D打印的立体效果，其服装实现了观赏价值与实用价值的高度统一。3D打印服装在经过五年发展后，从无法穿脱的硬质服装到可服帖穿着的柔性服装，3D打印的机器、方式、材料都发生了变化。由此可见，国外的3D打印技术完全可以满足大众的服用需求。国内3D打印行业起步较晚，较领先的是龙尼科技打印的3D服装（如图2所示），其所用机器可打印硬质与软质两种材料[6]。由此可见，虽国内3D打印服装发展较晚，但发展速度较快，其有望发展成为世界领先技术。
（四）服装3D打印材料
目前为止，服装3D打印工艺以FDM、SLS、SLA三种为主，FDM打印方式是将塑胶材料进行加热融化后通过机器挤压到既定位置凝固成型；SLS是将粉末状材料加热后通过高效激光进行烧结打印，使物体成型；SLA使用紫外光对液态材料表面进行扫描，每一次扫描都会形成一层极薄的切片以此堆积物体[7]。每种工艺使用材料不同，各有利弊（如表1所示），一般用FDM方式打印的材料以PLA与ABS两种为主；采用SLS方式打印的材料以塑料粉末为主；采用SLA方式打印的材料以未来8000树脂为主；一般FilaFlex材料运用在CLIP技术中。3D打印服装容易受其技术与材料的限制，视觉效果与服用舒适度难以有效统一，但合理利用以上材料及打印工艺并结合传统布料便可使服装产品具有良好衣着感的同时达到立体建筑感。
二、3D打印在服装设计中的创新实践
3D服装生产流程第一步，需进行图纸绘制，对服装产品廓形、尺寸、弧度等数据进行设计。第二步，在三维软件中构建立体模型，需在模型设计过程中完成以下三个方面：考量服装产品支撑力、把握其最佳厚度、预估产品最终效果。产品支撑力是产品能否成型的关键；把握产品最佳厚度是要在服装达到最佳产品效果的同时达到可打印程度；预估产品效果能对三维图纸的设计起到指导作用。第三步，将服装产品进行打印，不同产品对其打印的机器与材料要求各不相同，为达到最佳打印效果，需产品、机器、材料三者统一。第四步，对服装产品进行后期处理，以弥补在打印过程中出现的不足，并建立三维图纸与实际产品的对照资料库，为后续建模设计提供可靠依据，同时为制造出最大限度贴合设计的产品打下基础。
为实践上述3D打印服装并筛选最优方案及过程如下：
（一）确定器材
3D服装部件打印材料、机器分别为未来8000树脂、3D激光固化打印机。其材料呈液体，聚合固化条件为355nm波长的紫外光，打印精度可达100微米。其材料优点是成本较低、精度高、时效性好、装配性好、呈现产品表面光滑，且打印产品可通过丝印、电镀、喷漆等手段进行后期处理。其材料热变形温度为46℃、抗拉伸强度为47MPa、弯曲强度为67MPa、吸水率为0.4%。其机器（如图3左所示）为目前打印产品尺寸最大的高精度3D打印设备，一般由4台或以上的激光器同时扫描以完成复杂零件的高精度切割成形[8]。
（二）零件成形
3D打印服装部件成型过程为：第一步对其结构进行三维建模，本实践以悉尼歌剧院贝壳形屋顶为灵感结合中式四方连续纹样在3Dmax建模软件中对服装部件进行建模（如图4所示）。第二步用分层技术将其切片,每片路径的数据经扫描后能精确控制激光器和升降台的工作方式（如图3右所示）。当激光器紫外光达到固化条件时，通过计算机数控照射液态未来8000树脂表面，便能固化一层切片，然后升降台会下降到第二层的切片位置，以此依次固化形成每层切片并与上一层黏合，待产品全部打印完成时再从液体中整体拉出。第三步为后期整理，将产品用砂纸进行打磨，使其产品各立面更光滑且光泽度更高。
（三）制作服装
3D打印服装部件质地较硬（如图5左所示），需与传统面料结合设计出既能给大众带来未科技感又具备衣着舒适度的创新服装。服装选用的面料特性与花纹能与3D打印材质与纹样相协调：其为双层螺纹织物，既有弹性，能够完美贴合人体展现女性身姿曲线的同时，又有足够的韧性依托3D打印衣片而不使服装下坠变形。选用花纹清新洋溢，底色与镂空的3D打印衣片融合且立体造型能够透出底布，若隐若现，犹如万花丛中蝴蝶飞舞。完成作品（如图6所示）以基本连衣紧身裙型为基础，呼应3D打印部件的立体镂空设计，在服装腰部加入平面镂空，其由两组横向相反Y形裁片(如图5右所示)交错而成。镂空中国传统纹样的3D打印部件与传统面料完美融合的同时，突出立体造型，用科技的方式实现了传统纹样的创新表达。
三、3D打印服装的局限性与发展性
（一）局限性
首先，发展3D打印服装的主要限制在于成本，其高昂的成本让3D打印服装难以顺利进入市场，虽3D打印已经可以完成任何质感、任何大小的服装，但居高不下的价格和望尘莫及的技术是其进入大众生活的主要阻碍力量。其次，3D打印服装的设计师与建模师很难对一件产品达成共识，这要求完成3D打印服装的设计人员熟知CAD、3Dmax等相关三维软件操作。3D服装的设计对设计者有着软件专业技术上的要求，而现有设计师无法直接过渡到3D服装的设计，其实现的时间差是如今3D打印服装的又一局限。3D打印机器是可以实现家用的，用户可根据自己的设计完成产品，但一般用户无法实现自主建模，因此也无法实现满足大众使用的目的，导致推广困难。最后，3D打印服装不同于传统的服装制作，3D打印技术的3D扫描技术可复制任何复杂和高精度的产品并打印，同样可无误差地扫描服装并打印，这让服装设计版权容易受到侵害，社会将无视服装设计师的劳动价值。不仅如此，大众的财产和人身安全也极易受到威胁，比如ATM提款卡、钥匙、武器等都可以任意复制，给社会安全带来隐患，更重要的是产品专利和版权很难受到保护。
（二）发展性
首先，3D打印服装产品价格会越来越被大众接受。当社会基础硬件设施和软件条件发展到一定程度时，投资和生产3D服装的社会力量会增加，便可支撑3D服装产业商业链循环，成本自然随着基础费用的均摊者增加而降低。加之技术的成熟和新的材料的发现都是降低3D打印服装成本的有效手段。其次，3D虚拟试衣技术越来越人性化。一种虚拟试衣技术可实现3D打印服装的网络定制模式，并进行销售[9]。其由香港理工大学研发，这种虚拟机器人模型改变了服装行业的试衣面貌，其系统解决了传统试衣系统依赖固定尺寸模特、占用大量工作空间的问题。这种智能的机器人模型可通过计算机控制出任何数据参数的人体类型，人体测量和机电一体化的虚拟试衣模式节省了3D服装设计过程中的时间与人力消耗，降低了其建模的技术难度[10]。最后，3D服装产品版权将受到保护。先进的科技成果必然会引起一系列新的社会问题，针对这些问题，对3D打印机的使用进行限制十分必要：每台打印机会像房产一样，有产权人能够对这台机器负责，对其实行监管，不能用于危害社会产品的生产。对于没有购买使用权的3D服装产品，机器程序将无法进行识别、扫描及生产。
结论
3D打印技术在服装中的应用层出不穷，给人以惊艳的视觉效果。3D打印服装较初期而言，在打印外观、成形速度、成本价格、服装硬度、使用实用性上已大大改善，且大众获取科技信息的途径、速度及频率越来越多元化及快速化，使得愿意选择更具个性与科技环保3D服装的人数逐年增加。随着3D打印机器的改善发展、更环保及廉价的新材料出现，3D打印服装进入普通人的日常生活指日可待。设计人员在把握3D打印技术的同时熟知建模软件的应用，便可以运用3D打印技术在服装设计中实现不断创新。
参考文献
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[6] 潘冬璇 . 关于3D打印技术在服装服饰中的创新应用研究 [D] . 武汉 ：武汉纺织大学 . 2016
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[8] 郑明桥 . 我国研制出大尺寸高精度金属零件3D打印装备[DB/OL] . http://tech.ce.cn/nws/201605/05/t20160505_11215752.shtml,2016-5-5/2017-3-15
[9] 徐梦娜 . 李建 . 网络服装定制模式的分析与研究 [A] . 设计 . 2017（7）:17-19
[10] The Hong Kong Polytechnic University.Boosting Efficiency[DB/OL].http://times highereducationonline.com/the-hong-kong-polytechnic-university/p/boosting-efficiency,2015/2016-10-11