Tehnici de prelucrare a structurii de țesut cu fibre
Țeserea tradițională 2D implică împletirea firelor de urzeală și bătătură pe o mașină de țesut sau cu mai multe brațe pentru a crea structuri de țesut simplu, twill și satin. Procesul de țesut constă din cinci acțiuni de bază: vărsare, cules, batere, ridicare și lăsare. Există diferite tehnici de vărsare disponibile, cum ar fi naveta, pinza și jet de aer. Procesul de țesut 2D cu un singur strat poate fi, de asemenea, aplicat pentru a țese anumite structuri țesute 3D, inclusiv structuri 3D ortogonale și unghiulare, structuri 3D distanțiere goale cu straturi de țesătură și structuri fagure, structuri 3D de înveliș și structuri de noduri 3D. Figura 1 ilustrează principiile de țesut 2D pentru fabricarea atât a structurilor țesute convenționale 2D, cât și 3D cu interblocare unghiulară.
Figura 1: Principii de țesut 2D pentru structuri țesute 2D și 3D
În timp ce tehnicile tradiționale de țesut 2D pot fi utilizate pentru a produce diferite structuri țesute 3D solide, dimensiunea grosimii este limitată. Din acest motiv, au fost dezvoltate mașini de țesut 3D specializate pentru a produce țesături 3D. Una dintre cele mai vechi mașini dezvoltate în străinătate este un țesut special folosit pentru a produce structuri ortogonale cu fire X, Y și Z, așa cum se arată în Figura 2.
Figura 2: Mașină de țesut 3D specializată pentru fabricarea structurilor ortogonale 3D
În procesul de țesere, fibrele din direcția Z rămân staționare în timp ce fibrele X sunt mai întâi introduse și bătute în poziția corespunzătoare, urmate de inserarea și baterea fibrelor Y în pozițiile lor respective. Această operație se repetă pentru a genera o structură compactă până la atingerea înălțimii dorite, rezultând o structură cu secțiune transversală dreptunghiulară 3D. Ulterior, în străinătate a fost dezvoltată o mașină de țesut 3D cu dublă deschidere. Acest sistem de deschidere permite firelor de urzeală să se împletească cu firele de bătătură atât pe orizontală, cât și pe verticală. Această tehnică specială de țesut 3D poate produce direct materiale turnate țesute, oferind o integritate structurală maximă chiar și atunci când materialul este tăiat sau deteriorat.
Fabricarea structurilor de țesut cu trei axe se realizează prin integrarea tehnicilor tradiționale de țesut 2D și de țesut automatizat. O mașină tipică de țesut cu trei axe, proiectată de Dow și fabricată de Barber-Colman, este prezentată în Figura 2.28. Acest echipament folosește o roată rotativă cu axuri pentru a așeza firele de urzeală și folosește o margine de pinza pentru a crea un șopron pentru introducerea firelor de bătătură.
Figura 3: Roată rotativă cu axe pentru fabricarea structurilor de țesut cu trei axe
Tehnici de prelucrare a structurilor de tricotat cu fibre
Principiile tricotării în urzeală și a tricotării în bătătură sunt ilustrate în Figura 4. În structurile de tricotat în urzeală, fiecare ac de pe patul acului se alimentează și formează bucle cu același fir de urzeală în cadrul unui ciclu de tricotat. În mod specific, acele A, B, C și D sunt alimentate succesiv cu același fir de urzeală, rezultând o secțiune de țesătură buclă (E, F, G, H). În structurile de tricotat cu bătătură, în cadrul aceluiași ciclu de tricotat, alimentarea firului și formarea buclei au loc pe fiecare ac din tija acului. Toate acele din bara de ac (A, B, C și D) sunt suprapuse individual de ghidaje separate pentru fire de bătătură (E, F, G și H).
Figura 4: Principiile de tricotare ale structurilor de fibre: (sus) tricotarea urzeală; (de jos) tricotat bătătură
Tricotarea cu bătătură circulară se caracterizează prin producerea de structuri de țesătură tubulară. Cu toate acestea, tricotarea cu bătătură plată oferă o flexibilitate mai mare în construirea diferitelor tipuri de structuri tubulare, inclusiv tuburi unice, tuburi bifurcate și tuburi cu mai multe ramuri, datorită capacității sale de selectare individuală a acului, transfer de buclă, tricotat cu mai multe sisteme și utilizarea platine si prese. Figura 5 ilustrează tricotarea unui singur tub folosind ace selectate pe o mașină de tricotat plat computerizată.
Figura 5: Tricotarea unui singur tub pe o mașină de tricotat plat computerizată
Tricotarea tubulară se realizează prin tricotarea alternativă a unui fir pe două paturi de ace și transferul firului dintr-un pat în altul numai la margini pentru a forma un tub. Prin combinarea tricotării tubulare cu tehnicile interne de tricotat, pot fi realizate diferite variații ale structurilor de tricotat cu un singur tub.
Tehnologia de tricotat intarsia permite mașinilor de tricotat să folosească mai multe fibre diferite pentru a tricota diferite părți ale țesăturii. Fibrele pot fi folosite individual sau în combinație. Cu această tehnică, un singur tub poate fi format prin tricotarea inițială a unei anumite lungimi cu o fibră și apoi introducerea unei alte fibre pentru a forma simultan două tuburi, rezultând un tub bifurcat. În mod similar, prin utilizarea mai multor fibre, se pot forma structuri de tuburi cu mai multe ramuri.
Versatilitatea mașinilor de tricotat plate computerizate permite posibilitatea de a țese structuri 3D cu forme mai complexe, cum ar fi cupole, sfere și cutii, așa cum se arată în Figura 6. Un segment de modelare 2D care se repetă poate forma o structură de cupolă tricotată (Figura 6(b) )). Acest segment 2D se realizează prin creșterea și scăderea în mod repetat a numărului de ace în acțiune. Fiecare segment de modelare reprezintă o operație de lărgire treptată și apoi de îngustare a țesăturii. Tipul de segment de modelare afectează unghiul și raportul înălțime-bază al domului, în timp ce numărul de segmente de modelare afectează forma domului. Prin înlocuirea segmentelor eliptice ale domului cu segmente triunghiulare, se poate forma o structură în formă de cutie.
Figura 6: (a) Dom circular, (b) Structură cupolă tricotată, (c) Sferă tricotată, (d) Cutie tricotată
După cum se arată în Figura 6(d), pentru structurile cu dom, liniile care reprezintă scăderea sau creșterea numărului de ace de funcționare sunt mai degrabă liniare decât curbe. Tipul de segment de modelare afectează unghiul cuboidului rezultat. Raportul dintre numărul de ace de modelare și cel care nu se modelează determină raportul de aspect al cutiei obținute. Capacitatea de a schimba numărul de ace de tricotat oferă cel mai mare potențial pentru mașinile de tricotat plate computerizate de a crea diferite forme 3D.
Structurile cu intervale sunt produse folosind două seturi de ace pe mașini de tricotat circulare, plate sau de tricotat cu urzeală. Mașinile de tricotat cu bătătură circulară echipate cu un cilindru și un disc pot produce țesături de interval, în care straturile exterioare individuale sunt conectate prin fibre. Țesăturile cu intervale pe mașinile de tricotat cu bătătură circulară sunt create prin tricotarea a două țesături diferite separat, folosind zăvorul și ace cilindrice, apoi conectarea celor două straturi cu împingere pe zăvorul și ace cilindrice (Figura 7).
Figura 7: Producția de țesături cu intervale pe o mașină de tricotat cu bătătură circulară: (a) Mașină de tricotat circulară cu pat dublu; (b) Tricotarea țesăturii cu intervale pe o mașină circulară
Distanța dintre cele două straturi separate de material poate fi ajustată prin schimbarea înălțimii acelor de blocare în raport cu cilindrul mașinii. Grosimea prestabilită a țesăturii de interval în acest mod poate varia de la 1,5 la 5,5 milimetri. Similar cu producerea țesăturilor interval pe mașinile circulare, țesăturile interval cu straturi de fire sunt produse pe mașinile de tricotat plate prin formarea a două straturi independente de țesătură pe paturile de ac din față și din spate și apoi conectându-le cu tucks pe ambele paturi de ace (Figura 8).
Figura 8: Producția de țesături cu intervale pe o mașină de tricotat plat computerizat: (a) Mașină de tricotat plat computerizat; (b) Tricotarea țesăturii cu intervale pe o mașină plată
Distanța dintre cele două paturi de ac determină grosimea țesăturii de interval. Spre deosebire de mașinile de tricotat cu bătătură circulară, distanța dintre cele două paturi de ace în mașinile de tricotat cu bătătură plate este de obicei fixată la aproximativ 4 milimetri. Diferența dintre țesăturile cu intervale tricotate cu bătătură și alte tipuri de țesături cu intervale este că cele trei elemente structurale de bază ale acestora (adică, stratul superior, stratul inferior și stratul interval) sunt tricotate împreună în același ciclu de tricotat. Țesăturile cu intervale tricotate cu bătătură sunt produse pe mașinile Raschel cu bară cu ace duble, așa cum se arată în Figura 9(a). Când barele de ghidare 1 și 2 se suprapun pe tija de ghidare din față și barele de ghidare 5 și 6 se suprapun pe tija de ghidare din spate (tricotând straturile de sus și, respectiv, de jos), barele de ghidare 3 și 4 se suprapun succesiv firul de interval din jurul ambelor bare de ac. Figura 9(b) ilustrează procesul de producere a țesăturilor de interval pe o mașină Raschel RD 6 cu bară cu ac dublu.
Figura 9: Producția de țesături de interval pe o mașină Raschel cu bară cu ac dublu: (sus) Ilustrare schematică a principiului; (jos) Diagrama echipamentului