книги2 / 152-1

Дизайн-проектирование костюма с использованием технологии FDM-печати

а

б в Рис. 63. Структуры костюма в аспекте использования аддитивных

технологий печати: (а) модульная структура костюма; (б) звеньевая структура костюма; (в) монолитная структура костюма

Рассмотрим структурные характеристики модульного пе- чатного костюма в условии его реализации с применением элементов, имеющих определенный объем. Использование деталей малого размера обеспечивает высокую пластич- ность костюма. Изделие может иметь эффект драпировки в малой степени, но не может иметь объемную форму, значи- тельно отличающуюся от общего силуэта фигуры человека. Применение модулей большого размера обеспечит костюму низкую пластичность, отсутствие драпировок и складок, но позволит выполнять сложную геометрическую форму.

140

Классификация трехмерных структур печатной формы одежды

Спецификапроектированиякостюманаосновеиспользо- вания аддитивных технологий заключается в поиске спосо- бов выполнения пластичности материала или самого изде- лия, которая в модульной организации костюма достигается кинематическим типом соединения частей, закладываю- щихся на этапе создания цифровой модели костюма.

Рассмотрим типы соединения частей в модульной струк- турекостюма. Соединениямогут бытьзвеньевыми, шарнир- ными или с отдельными типами фиксаций (при печати эле- ментов по отдельности). Звеньевое соединение представ- ляетсобойкомбинациювставленныхдругвдругакольцевых элементов. Шарнирное соединение обеспечивает враща- тельное движение частей по отношению друг к другу. Разли- чают следующие типы шарнирных соединений: цилиндри- ческие шарниры позволяют частям вращаться вокруг общей оси; карданные шарнирные цепи, состоящие из нескольких цилиндрическихшарниров, соединенныхпоследовательнос отдельными осями вращения, пересекающиеся в одной точке; универсальные шарниры, использующие жесткую крестовину, которая образует обе оси вращения [108].

Отдельными системами фиксаций могут быть различные нитеобразные системы в виде ремней, дополнительных устройств и т. д. В этом случае форма изделия может состо- ять из модулей, которые соединяются непосредственно между собой или могут соединяться посредством введения отдельных элементов фиксаций.

Звеньевая структура костюма представляет собой форму, состоящую из соединённых друг с другом кольцеоб- разных модулей или переплетений нитеобразных элемен- тов. Структура костюма с кольцеобразными элементами ма- лой формы может иметь высокую пластичность и эффект драпировки. При задавании большого пространства между кольцеобразными элементами костюм не может иметь объ- емно-геометрическую форму, сильно отличающуюся от формы фигуры человека, поскольку изделие будет прови- сать. Изделие, состоящееизпереплетенныхмеждусобойни-

141

Дизайн-проектирование костюма с использованием технологии FDM-печати

теобразных элементов, позволит достичь высокую пластич- ность костюма и эффект драпировки, а также закладывание складок. Материал может иметь достаточно плотную струк- туру для выполнения сложных геометрических форм.

Если в аспекте традиционных способов формообразова- ния костюма звеньевая и модульная структура костюма вы- полняласьспомощьюсоединенияотдельновзятыхмодулей, то в ключе аддитивных технологий такая структура может выполняться единым процессом печати с поддерживаю- щими конструкциями.

Модульная и звеньевая структура костюма может дости- гаться путем изготовления объемной формы костюма, в ко- торой заданная криволинейная поверхность учитывает формуфигурычеловека, аможетдостигатьсяпутемизготов- ления плоской формы-развертки и ее фиксации на фигуре способом трансформации.

Благодаря шарнирным и звеньевым соединительным си- стемам, а также структурным переплетениям, материал вы- полняется со свойствами, подобным тканям, что позволяет сложитьцифровуюмодельодеждыввычислительномотноше- ниисменьшейконфигурациейдляэффективной3D-печати.

Вотличиеотмодульнойизвеньевой, монолитная струк- туракостюмапредставляетсобойформуввидеединойобо- лочки, в которой отсутствуют соединительные элементы, звенья или модули. Рассмотрим возможные структурные ха- рактеристики костюма на основе монолитной структуры в аспекте применения аддитивной технологии печати FDM.

Воснове монолитной структуры костюма может лежать оболочковая форма закрытого, полуоткрытого или откры- того типа с прорезной или цельной организацией поверхности

(Рис. 64). Закрытая монолитная форма одежды характеризу- ется отсутствием на уровне поверхности отверстий, формо- образующие части которой замыкаются между собой, но включает отверстия, фиксирующие изделие на фигуре чело- века. Полуоткрытая монолитная форма изделия представ- ляетсобойсочетаниеплоскостныхмонументальныхповерх- ностей и пустых отверстий. Открытая монолитная форма,

142

Классификация трехмерных структур печатной формы одежды

имеющая каркасное строение, состоит из исключительно линейно-пластических элементов. Прорезная структура, в отличие от цельной, имеет вертикальное или наклонное се- чение плоскости формы.

Монолитная форма печатной одежды может иметь жест- кую или растягивающуюся структуру в зависимости от типа материала, а также от вида гармонизации поверхности формы. Жесткая структура обычно бывает у оболочек моно- литной структуры костюма с цельным типом организации поверхности, имеющих обтекаемую формусгладкойилире- льефной поверхностью с малым значением разницы изме- нениявысотымеждувыпуклостямиивогнутостями. Ещеод- ним случаем, когда при задавании рельефа на поверхности оболочки будет отсутствовать растяжение, является форми- рование в цифровой модели обтекаемой внутренней стенки и рельефной внешней.

Использованиегибкогоматериалавзамкнутыхоболочках костюма с малым уровнем рельефности или обтекаемой по- верхностью не обеспечит достаточный уровень пластично- сти формы в рамках технологии FDM. Причиной тому – то, что для формирования костюма требуется задавать доста- точнотолстыестенкиповерхностидляустойчивостимодели во время печати. В обратном случае будет деформация обо- лочки. Поэтому необходимо задавать костюму криволиней- ные формы, схожие с параметрами фигуры человека для ее фиксации на плечах или талии. Для возможности эксплуата- ции изделия, которое не сковывает движения человека, необходимо задавать определенное пространство между

формой костюма и поверхностью фигуры.

Определенная степень растяжения появляется при ис- пользовании гибкого материала в перфорированных и рель- ефных оболочках монолитной структуры костюма. При этом рельеф оболочки должен быть с высоким значением раз- ницы между вогнутыми и выпуклыми поверхностями.

143

Дизайн-проектирование костюма с использованием технологии FDM-печати

Рис. 64. Выявление тектонических характеристик монолитной структуры костюма

Врезультатеисследованиявыделеныперфорированныеи рельефные оболочки монолитной структуры костюма.

Перфорированная оболочка монолитной структуры ко-

стюма имеет сквозные отверстия различного типа – одно- родныеилинеоднородные. Перфорированнаяструктурамо- жет иметь плоскую или объемную ячеистую поверхность,

144

Классификация трехмерных структур печатной формы одежды

при которой изделие растягивается путем деформации пер- фораций – их вытягивания, разрушая изначально заданную форму отверстий.

Рельефная оболочка монолитной структуры костюма

представляетсобойформу, котораяимеетнеровнуюповерх- ность, сложенную из положительных и отрицательных форм. Такиеоболочкимогутиметьпрямолинейныеиликри- волинейные типы рельефов, образуя ребристую, волнооб- разную или складчатую поверхность. При рельефной струк- туре форма костюма растягивается путем выпрямления по- верхности.

Рассмотрим два способа построения рельефной и перфо- рированнойобъемнойформыснеоднороднойструктуройна основе диаграммы Вороного и системы Делоне.

Структура на основе диаграммы Вороного представляет собой ячеистую поверхность, состоящую из множества вы- пуклых неравномерных многоугольников. Это множество соединенных многоугольников, полученных из точек или локаций. Каждая линия «области» Вороного находится посе- редине между двумя точками.

Структура на основе диаграммы Делоне противоположна диаграмме Вороного. Эта диаграмма состоит из треугольни- ков, каждаялиниякоторойперпендикулярнапересекаемому ею ребру в диаграмме Вороного.

Сочетание перфорированных и рельефных структурных элементов на поверхности оболочки может обеспечить вы- соким уровнем растяжения монолитной формы костюма. Такая комбинация может иметь гироидную структуру. Ги- роид является непрерывной, бесконечно повторяющейся в трех измерениях структурой, без самопересечений с мини- мальной поверхностью. Такая структура имеет «строгое ма-

145

Дизайн-проектирование костюма с использованием технологии FDM-печати

тематическое уравнение, с помощью которого можно варьи- ровать параметры периодичности, а, следовательно, и свой-

ства получаемых материалов: cos(x) · sin(y) + cos(y) · sin(z) + cos(z) · sin(x) = t» [22, с. 1014]. Объекты с гироидной структу-

рой сочетают низкую массу и высокие удельные механиче- ские характеристики.

Итак, монолитная структура костюма может быть различ- ной формы закрытого, полуоткрытого или открытого типа с обтекаемой, рельефной или перфорированной структурой. При проектировании оболочки костюма необходимо зара- нее учитывать современные возможности материалов для аддитивной технологии, в частности, FDM. При изготовле- ниикостюмасиспользованиемтакихпластиковкакABS, SBS или PLA, форма будет иметь жесткую структуру. Гибкие ма- териалы типа FLEX обеспечат гибкость, но на ограниченном уровне. Уровень пластичности изделия при монолитной ор- ганизацииформыминимальныйизависитотколичестваза- ложенных в форму прорезных или перфорированных си- стем, а также уровня закладываемой рельефности поверхно- сти оболочки.

На основе проведенного исследования выполнена схема классификационной модели трехмерных структур печатной формы одежды (схема 3), а также таблица условий пластич- ности и растяжения монолитной структуры костюма с ис- пользованием пластика FLEX (табл. 7).

146

Схема 3. Классификационная модель трехмерных структур печатной формы одежды

Дизайн-проектирование костюма с использованием технологии FDM-печати

Таблица 7 Условия пластичности и растяжения монолитной структуры печатной формы костюма с использованием пластика FLEX

	Монолитная структура		Степень	Степень
	печатной формы	Схема	пластичности
				растяжения
	костюма
	Обтекаемая закрытая		низкая	отсутствует
	оболочка
	Перфорированная		средняя	низкая
	оболочка с низким
	значением отверстий
	Перфорированная		высокая	средняя
	оболочка с высоким
	значением отверстий
	Рельефная внешняя		низкая	отсутствует
	поверхность стенки
	оболочки с обтекаемой
	внутренней
	Рельефная оболочка		средняя	средняя
	с малым значением
	разницы изменения
	высоты между
	выпуклостями
	и вогнутостями
	Рельефная оболочка		высокая	высокая
	с высоким значением
	разницы изменения
	высоты между
	выпуклостями
	и вогнутостями

148

Классификация трехмерных структур печатной формы одежды

Выбор дизайнером той или иной печатной структуры бу- дет зависеть, в первую очередь, от назначения одежды. Та- кие костюмы с использованием доступных на сегодняшний день материалов и технологий, конечно, будут иметь мини- мальную степень «приспособленности» к человеку. Рассмот- рим наиболее практичные варианты структур костюма с точки зрения эргономики. Изделие может выполняться из гибкого материала из серии TPU, который, в отличие от жестких пластиков, ощущается человеком как более мягкий. Достоинством данного материала также является опреде- ленная степень пластичности. При проектировании облега- ющего силуэта костюма для возможности его надевания и свободного выполнения движений, необходимо задавать структуре изделия высокую степень растяжимости. Этого можно достичь выполнением рельефной оболочки одежды с высоким значением разницы внутренних и внешних форм или выполнением звеньевой структуры из нитеобразных элементов. Также важно учитывать воздухопроницаемость изделия, которое может достигаться за счет введения в мо- нолитную структуру перфораций. При проектировании ко- стюма с полуприлегающим или свободным силуэтом, сле- дуетбратьзаосновумонолитныеструктурыстонкойтолщи- ной оболочки, закладывать в звеньевой и модульной струк- туре костюма высокую степень драпируемости.

После того, как определена структурная характеристика костюма, объемная форма выполняется в трехмерном ре- дакторе. Способы3D-моделированиярассмотренываспекте монолитной формы костюма.

149