المنسوجات ثلاثية الأبعاد

الموسوعة الحرة
طقم مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من إن بلوم

المنسوجات ثلاثية الأبعاد هي هياكل ثلاثية الأبعاد تُصنع باستخدام طرق تصنيع مختلفة ، مثل النسيج والحياكة والجدائل أو الأقمشة غير المنسوجة ، أو باستخدام تقنيات بديلة. تُنتج المنسوجات ثلاثية الأبعاد بهندسة ثلاثية الأبعاد، على عكس المنسوجات ثنائية الأبعاد التي تُصنع على مستويين. يكون النسيج في المنسوجات ثنائية الأبعاد عموديًا، حيث يُغذى الخيط على طول محورين: الطول (المحور السيني) والعرض (المحور الصادي). أما المنسوجات ثلاثية الأبعاد، فلها أيضًا نسيج عمودي، ولكنها تحتوي على خيط إضافي يُغذى بزاوية (المحور العيني) مما يُكسبها سُمكًا. [ 1 ] تشمل أنواع النسيج ثلاثي الأبعاد هياكل النسيج المتعامد ، والهياكل متعددة الطبقات، والتشابكات الزاوية. تتميز المنسوجات ثلاثية الأبعاد بفرص تصنيع أوسع، وخصائص متنوعة، ونطاق تطبيقات أوسع. تُستخدم هذه المنسوجات في مجالات عديدة، ولكنها تُستخدم بشكل شائع حيث يكون الأداء هو المعيار الأساسي، مثل المنسوجات التقنية . تُعد المواد المركبة أحد المجالات المهمة لاستخدام المنسوجات ثلاثية الأبعاد. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

تتكون الهياكل ثلاثية الأبعاد من نوعين من التكوينات الهيكلية، وهما: المجوفة والصلبة. [ 7 ]

الأنواع

يمكن تشكيل الأقمشة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنيات النسيج ثلاثي الأبعاد، والحياكة ثلاثية الأبعاد، والجدائل ثلاثية الأبعاد، والأساليب غير المنسوجة، والعديد من التقنيات الحديثة الأخرى، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، وما إلى ذلك.

نوع القماش ثلاثي الأبعادالمزايا والعيوبسبب
أقمشة منسوجة ثلاثية الأبعادخالٍ من الانفصال الطبقي ، متعدد الطبقات، وذو خصائص منخفضة في المستوى.بسبب القوة الإضافية التي يوفرها خيط z في بُعد السماكة.
أقمشة حياكة ثلاثية الأبعادنسبة حجم الألياف المنخفضةبسبب البنية الحلقية.
أقمشة مضفرة ثلاثية الأبعادخالٍ من الانفصال الطبقي، متعدد الطبقات، وذو خصائص عرضية منخفضة.بسبب تشابك نوع التشابك
أقمشة غير منسوجة ثلاثية الأبعاديفتقر إلى الخواص الميكانيكيةبسبب الألياف القصيرة

النسيج ثلاثي الأبعاد

تتوفر تجارياً عدة أنواع من الأقمشة المنسوجة ثلاثية الأبعاد؛ ويمكن تصنيفها وفقاً لتقنية نسجها. [ 8 ]

  1. الأقمشة المتشابكة المنسوجة ثلاثية الأبعاد هي أقمشة منسوجة ثلاثية الأبعاد يتم إنتاجها على نول نسيج ثنائي الأبعاد تقليدي ، باستخدام تصميم وتقنيات النسيج المناسبة، ويمكن أن يمر النساج/الخيوط عبر كامل سمك القماش أو من طبقة إلى أخرى.
  2. الأقمشة المنسوجة ثلاثية الأبعاد المتعامدة هي أقمشة منسوجة ثلاثية الأبعاد تُنتج على نول نسيج ثلاثي الأبعاد خاص. وقد حصل محمد وتشانغ على براءة اختراع لعملية تشكيل هذا النوع من الأقمشة. [ 9 ] يتكون هيكل النسيج المنسوج ثلاثي الأبعاد المتعامد من ثلاث مجموعات مختلفة من الخيوط: خيوط السدى (الخيط y)، وخيوط اللحمة (الخيط x)، وخيوط اللحمة (الخيط z). يوضع الخيط z في اتجاه سُمك النسيج الأولي. في الأقمشة المنسوجة ثلاثية الأبعاد المتعامدة، لا يوجد تشابك بين خيوط السدى واللحمة، فهي مستقيمة ومتعامدة مع بعضها البعض. من ناحية أخرى، تربط خيوط z طبقات السدى واللحمة من خلال التشابك (التحرك لأعلى ولأسفل) على طول اتجاه y فوق خيط اللحمة. يحدث التشابك على السطح العلوي والسفلي للنسيج. [ 10 ] [ 11 ]

المزايا

  • تتميز الأقمشة المنسوجة ثلاثية الأبعاد ذات البنية المتعامدة بانخفاض أو انعدام تجعد الخيوط (الفرق في طول الخيط قبل وبعد النسيج)؛ ولذلك، تُستغل الخصائص الميكانيكية للألياف بشكل كامل تقريبًا في اتجاهي السدى واللحمة. وبالتالي، يمكن الاستفادة من أقصى قدرة تحمل للأحمال للألياف عالية الأداء في هذين الاتجاهين. [ 12 ]
  • لا حاجة إلى طبقات متعددة لإنشاء جزء، لأن النسيج الواحد يتمتع بسماكة كبيرة توفر التعزيز ثلاثي الأبعاد الكامل. [ 13 ]

الحياكة ثلاثية الأبعاد

الحياكة ثلاثية الأبعاد هي طريقة لتشكيل قطعة ملابس مباشرةً من الخيوط. [ 14 ] ومن الأمثلة الشائعة الجوارب والجوارب الطويلة . كما تُستخدم الأقمشة المحبوكة ثلاثية الأبعاد في إنتاج بعض هياكل التقوية. [ 7 ] منذ عام 2017، تُقدم يونيكلو ملابس محبوكة ثلاثية الأبعاد بالكامل، بما في ذلك القمصان والفساتين، من خلال شراكة مع شيما سيكي. [ 15 ] وتستكشف شركات ومصممون آخرون هذه التقنية، بما في ذلك الحياكة حسب الطلب أو الملابس المُخصصة. [ 16 ] ومن التقنيات الأخرى التي يُمكن اعتبارها حياكة ثلاثية الأبعاد تقنية الحياكة المتباعدة. [ 17 ] تُنتج هذه التقنية نسيجًا مسطحًا ذو ملمس إسفنجي.

تضفير ثلاثي الأبعاد

غير منسوج

تُصنع الأقمشة ثلاثية الأبعاد غير المنسوجة من ألياف قصيرة (خيوط طبيعية ومقطوعة من خيوط صناعية). وهي أقل نجاحًا نسبيًا. [ 18 ]

الطباعة ثلاثية الأبعاد

التصنيع الإضافي

تعتمد صناعة الأقمشة باستخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد على التصنيع الإضافي، المعروف أيضًا باسم التصنيع الطبقي الإضافي (ALM)، وهي تقنية تصنيع بمساعدة الحاسوب (CAD) تقوم ببناء الجسم طبقة تلو الأخرى. [ 19 ]

دخلت الطباعة ثلاثية الأبعاد عالم الملابس، حيث يقوم مصممو الأزياء بتجربة البيكيني والأحذية والفساتين والحقائب والأكياس المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

بيكيني

"N-12" عبارة عن بيكيني من النايلون تم طباعته بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بواسطة شركة Shapeways . [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

الأحذية والإكسسوارات

تستخدم نايكي الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصميم وتصنيع حذاء كرة القدم Vapor Laser Talon لعام 2012، المخصص للاعبي كرة القدم الأمريكية ، بينما تقوم نيو بالانس بتصنيع أحذية رياضية مصممة خصيصًا للرياضيين باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد. [ 21 ] يتميز حذاء Vapor Laser Talon بنعل مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. [ 23 ] أما حذاء Futurecraft STRUNG فهو نسخة أخرى مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تابعة لشركة أديداس . [ 24 ]

فساتين

رغم تكلفتها الباهظة، طبعت الطابعة ثلاثية الأبعاد فستانًا أيضًا. ارتدت ديتا فون تيز فستانًا مطبوعًا بتقنية ثلاثية الأبعاد مزينًا بمتتالية فيبوناتشي، من تصميم مايكل شميدت والمهندس المعماري فرانسيس بيتوني. [ 25 ] [ 26 ] [ 21 ]

الحقائب والأكياس

تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل متزايد في تصميم وإنتاج الحقائب والأكياس. ومن الأمثلة البارزة على ذلك XYZBAG، وهي علامة تجارية إيطالية متخصصة في الحقائب المطبوعة ثلاثية الأبعاد حسب الطلب، وJK3D، وهي شركة تصنع منتجات متنوعة مطبوعة ثلاثية الأبعاد. أما ASTERYAM، وهي شركة ناشئة مقرها الولايات المتحدة، فتركز على ابتكار أكياس وحقائب فريدة باستخدام نسيج شبكي مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد.

المنسوجات الأوكسيتيكية

المواد الأوكسيتية هي مواد تتمدد عند شدها، وتزداد سماكتها عند الشد. [ 27 ] تُعرف الألياف والخيوط والأقمشة ذات الخصائص الأوكسيتية بالمنسوجات الأوكسيتية. [ 28 ] [ 29 ] توجد أنواع معينة من الأقمشة غير المنسوجة المثقوبة بالإبر. [ 30 ] [ 31 ] تُعدّ الطابعات ثلاثية الأبعاد مفيدة أيضًا في تصنيع المواد الأوكسيتية للمنسوجات . تتميز هذه الأقمشة بخصائص متقدمة تُفيد في صناعة مواد مركبة متنوعة وتطبيقات عالية الأداء. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]

يستخدم

تُستخدم المنسوجات الأوكسيتيكية في الملابس الواقية، والتنجيد، والرياضة، والترشيح، والدروع الواقية للجسم، والسترات الواقية من الرصاص (بسبب خصائص امتصاص الصدمات)، وما إلى ذلك. [ 37 ] [ 38 ]

التطبيقات

صورة مقرّبة لقطعة من الخرسانة المسلحة بالنسيج

وتشمل التطبيقات الأخرى للمنسوجات ثلاثية الأبعاد ما يلي: [ 2 ] [ 39 ]

المواد المركبة

تُستخدم المنسوجات ثلاثية الأبعاد بشكل أساسي في تصنيع المركبات الهيكلية النسيجية التي يمكن استخدامها في المجالين العسكري والإنشائي. [ 40 ]

المنسوجات الطبية

تساهم المنسوجات ثلاثية الأبعاد في المنسوجات الطبية في القطاعات التالية: [ 41 ]

العناية بالجروح

في معالجة الجروح على المدى الطويل، يتم تهيئة بيئة ملائمة للشفاء باستخدام أساليب مباشرة وغير مباشرة، بالإضافة إلى منع تدهور الجلد. ومن الأمثلة على ذلك الأقمشة ثلاثية الأبعاد الفاصلة. [ 41 ] [ 42 ]

ترقيع الأوعية الدموية

هندسة الأنسجة

زراعة الأعضاء

تستخدم المنسوجات الطبية أقمشة أنبوبية مصنوعة من مواد مختارة بعناية، تتميز بتوافقها الحيوي، وعدم تسببها بالحساسية، وعدم سميتها. على سبيل المثال، تُستخدم مواد مثل داينيما، وPTFE، والبوليستر، والتفلون في صناعة الغرسات. ويختلف نوع المادة المستخدمة تبعًا لمكان الغرسة؛ فمثلاً، يُفضل استخدام PTFE في غرسات الدعامات نظرًا لخصائصه غير اللاصقة، بينما يُستخدم البولي أوليفين في غرسات الشبكات. [ 43 ] [ 44 ]

  • صناعة الطيران والفضاء وصناعة السيارات
  • أحذية
  • الترشيح
  • صناعة البناء

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ تشين، شياوغانغ (28-05-2015). التطورات في المنسوجات ثلاثية الأبعاد . إلسيفير. ص  2. ISBN 978-1-78242-219-8.
  2. 1 2 تشين، شياوغانغ (28-05-2015). التطورات في المنسوجات ثلاثية الأبعاد . إلسيفير. ص 1-12 . ISBN  978-1-78242-219-8.
  3. ↑ بول، روشان (29-04-2019). المنسوجات التقنية عالية الأداء . جون وايلي وأولاده. ص 374. ISBN  978-1-119-32501-7.
  4. ↑ هو، جينليان (9 سبتمبر 2008). التجمعات الليفية ثلاثية الأبعاد: خصائص وتطبيقات ونمذجة الهياكل النسيجية ثلاثية الأبعاد . إلسيفير. الصفحات 34، 57، 60، 102، 128. ISBN  978-1-84569-498-2.
  5. ↑ تشين، إكس؛ بوتياراج، ب. (1999-09-01). "التصميم والتصنيع بمساعدة الحاسوب للهياكل المنسوجة المتعامدة والمتشابكة الزاوية للتطبيقات الصناعية". مجلة أبحاث النسيج . 69 (9): 648-655 . doi : 10.1177/004051759906900905 . ISSN 0040-5175 . S2CID 111178802 .  
  6. ↑ هاريس، برايان (31 أكتوبر 2003). الإجهاد في المواد المركبة: علم وتكنولوجيا استجابة الإجهاد للبلاستيك المقوى بالألياف . إلسيفير. ص 297. ISBN  978-1-85573-857-7.
  7. 1 2 أو، ك. ف. (26-02-2011). التطورات في تكنولوجيا الحياكة . إلسيفير. ص 141. ISBN  978-0-85709-062-1.
  8. ↑ ن. خوكار، "عمليات تشكيل النسيج ثلاثي الأبعاد: التمييز بين النسيج ثنائي الأبعاد، والنسيج ثلاثي الأبعاد، وعملية غير محددة غير متشابكة"، مجلة معهد النسيج، المجلد 87، العدد 1، الصفحات 97-106، 1996.
  9. ↑ محمد و ز.-هـ. تشانغ، "طريقة تشكيل أقمشة ثلاثية الأبعاد ذات شكل مقطع عرضي متغير". براءة اختراع أمريكية رقم 5085252، 4 فبراير 1992.
  10. ↑ ن. خوكار، "النسيج ثلاثي الأبعاد: النظرية والتطبيق"، مجلة معهد النسيج، المجلد 92، العدد 2، الصفحات 193-207، 2001.
  11. ↑ ن. خوكار، "نوبينغ: شرح عملية تشكيل النسيج ثلاثي الأبعاد غير المنسوج"، مجلة معهد النسيج، المجلد 93، العدد 1، الصفحات 52-74، 2002.
  12. ↑ محمد، منصور ح.؛ ويتزل، كايل ك. (2006). "غطاء هجين ثلاثي الأبعاد من ألياف الكربون/الزجاج لشفرة دوار توربينات الرياح". مجلة هندسة الطاقة الشمسية . 128 (4): 562-573 . doi : 10.1115/1.2349543 .
  13. ↑ P. Schwartz, "بنية وميكانيكا تجميعات ألياف النسيج"، Woodhead publishing Ltd. 2008.
  14. ↑ "الحياكة ثلاثية الأبعاد: بعد 8000 عام، بُعد جديد في النسيج والغزل" . صحيفة الغارديان . 8 مارس 2015. تاريخ الاطلاع: 24 يونيو 2021 .
  15. ↑ "شركة فاست ريتيلينج تطلق شركة إنوفيشن فاكتوري المحدودة - وتدخل في مشروع مشترك مع شركة شيما سيكي للتصنيع المحدودة | فاست ريتيلينج المحدودة" . www.fastretailing.com . تاريخ الوصول: 6 نوفمبر 2023 .
  16. ↑ رايلي، مايكل (6 أبريل 2017). "الحياكة ثلاثية الأبعاد تُضفي التكنولوجيا على ستراتك - ولكن بثمن" . مجلة إم آي تي ​​للتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه في 6 نوفمبر 2023 .
  17. ↑ راي، سادان تشاندرا (2012-01-01)، "24 - إنتاج أقمشة فاصلة في الحياكة" ، في راي، سادان تشاندرا (محرر)، أساسيات وتطورات في تكنولوجيا الحياكة ، دار وود هيد للنشر، الهند، ص 283-292 ، doi : 10.1533/9780857095558.283 ، ISBN  978-0-85709-108-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-11-06
  18. ↑ تشين، شياوغانغ (28-05-2015). التطورات في المنسوجات ثلاثية الأبعاد . إلسيفير. ص 183-202 . ISBN  978-1-78242-219-8.
  19. ^ هو ، هونغ. تشانغ، مينجلونجهاي؛ ليو ، يانبينغ (2019/07/11). المنسوجات المساعدة . وودهيد للنشر. ص. 69. ردمك  978-0-08-102212-2.
  20. ↑ باباس، ستيفاني (21 مايو 2013). "أغرب 10 أشياء تم ابتكارها بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد" . livescience.com . تاريخ الاسترجاع: 25 يونيو 2021 .
  21. 1 2 3 "الملابس المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تصبح حقيقة واقعة" . 2013-11-01. مؤرشف من الأصل في 2013-11-01 . تم الاطلاع عليه في 2021-06-25 .
  22. ↑ "أول رؤوس بيكيني مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في العالم للشاطئ" . نيو أطلس . 10 يونيو 2011. تاريخ الاسترجاع: 25 يونيو 2021 .
  23. ↑ "مسامير حذاء كرة القدم Nike Vapor Laser Talon المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من Nike" . Dezeen . 2013-03-04 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-06-25 .
  24. ↑ "أديداس تكشف عن حذاء Futurecraft STRUNG، حذاء الجري "المثالي" المطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد" . صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد . 9 أكتوبر 2020. تاريخ الاطلاع: 25 يونيو 2021 .
  25. ↑ "كشف ديتا فون تيز عن نفسها بفستان مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد قابل للتحريك بالكامل - مدونة شيبويز" . www.shapeways.com . تاريخ الوصول: 25 يونيو 2021 .
  26. ↑ "فستان مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لديتا فون تيز" . ديزين . 7 مارس 2013. تاريخ الاطلاع: 25 يونيو 2021 .
  27. ^ ليم ، تيك تشينج (27/12/2014). المواد والهياكل المساعدة . سبرينغر. ص. 3. رقم ISBN  978-981-287-275-3.
  28. ^ هو ، هونغ. تشانغ، مينجلونجهاي؛ ليو ، يانبينغ (2019/07/11). المنسوجات المساعدة . وودهيد للنشر. ص 1 – 13. رقم ISBN  978-0-08-102212-2.
  29. ↑ "المنسوجات الأوكسيتيكية" . Journals.matheo.si .
  30. ↑ فيرما، براتيك؛ شوفنر، ميشا ل.؛ لين، أنجيلا؛ فاغنر، كارلا ب.؛ غريفين، أنسيلم س. (2015-07-01). "تحفيز سلوك التمدد العرضي خارج المستوى في الأقمشة غير المنسوجة المثقوبة بالإبر" . مجلة Physica Status Solidi B. 252 ( 7): 1455–1464 . Bibcode : 2015PSSBR.252.1455V . doi : 10.1002/pssb.201552036 . ISSN 0370-1972 . S2CID 120375878 .  
  31. ^ راوال، أميت؛ شارما، سوميت؛ كومار، فيجاي؛ راو، بف كاميسوارا؛ ساراسوات، هارشفاردهان؛ جانجير، نيتيش كومار؛ كومار، راجات؛ هيتل، ديتمار؛ دونر ، مارتن (2019/01/01). "التحليل الميكانيكي الدقيق للمواد غير المنسوجة ذات السلوك المساعد القابل للضبط خارج المستوى" . ميكانيكا المواد . 129 : 236-245 . دوى : 10.1016/j.mechmat.2018.11.004 . ردمك 0167-6636 . S2CID 139246418 .  
  32. ^ هو ، هونغ. تشانغ، مينجلونجهاي؛ ليو ، يانبينغ (2019/07/11). المنسوجات المساعدة . وودهيد للنشر. ص 337، 340. ردمك  978-0-08-102212-2.
  33. ↑ غريملسمان، ن.؛ مايسنر، هـ.؛ إيرمان، أ. (2016). "أشكال أوكسيتيك مطبوعة ثلاثية الأبعاد على أقمشة محبوكة لنفاذية وخواص ميكانيكية قابلة للتعديل" . سلسلة مؤتمرات IOP: علوم وهندسة المواد . 137 (1) 012011. Bibcode : 2016MS & E..137a2011G . doi : 10.1088/1757-899X/137/1/012011 . ISSN 1757-899X . 
  34. ↑ كبير، شهباج؛ كيم، هيليم؛ لي، سون هي (2020-06-01). "توصيف أنماط جيبية أوكسيتية مطبوعة ثلاثية الأبعاد/أقمشة مركبة من النايلون". الألياف والبوليمرات . 21 (6): 1372-1381 . doi : 10.1007/s12221-020-9507-6 . ISSN 1875-0052 . S2CID 219976867 .  
  35. ↑ جويد، محمد؛ طارق، محمد؛ صبا، ناهد (14-09-2018). الاختبارات الميكانيكية والفيزيائية للمركبات الحيوية، والمركبات المدعمة بالألياف، والمركبات الهجينة . دار وود هيد للنشر. ص 414. ISBN  978-0-08-102300-6.
  36. ↑ كيتلي، سارة (2016-06-02). التصميم باستخدام المنسوجات الذكية . دار بلومزبري للنشر. ص 155. ISBN  978-1-4725-6916-5.
  37. ↑ "المواد الأوكسيتية - التطبيقات" . AZoM.com . 2001-03-09 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-06-24 .
  38. ↑ "قانون هوك" . مجلة الإيكونوميست . 1 ديسمبر 2012. الرقم الدولي الموحد للدوريات 0013-0613 . تاريخ الاسترجاع: 24 يونيو 2021 . 
  39. ↑ عالم المواد: مجلة معهد المواد . معهد المواد. 2006.
  40. ↑ كو، فرانك ك. (1993)، "المركبات الهيكلية النسيجية المتقدمة"، في موران-لوبيز، جيه إل؛ سانشيز، جيه إم (محرران)، موضوعات متقدمة في علوم وهندسة المواد ، بوسطن، ماساتشوستس: سبرينغر الولايات المتحدة، ص 117-137 ، doi : 10.1007/978-1-4615-2842-5_8 ، ISBN  978-1-4615-2842-5
  41. 1 2 إريكسون، س.؛ ساندسجو، ل. (2015-01-01). "الأقمشة ثلاثية الأبعاد كمنسوجات طبية" . التطورات في المنسوجات ثلاثية الأبعاد . سلسلة وودهيد للنشر في المنسوجات: 305-340 . doi : 10.1016/B978-1-78242-214-3.00012-7 . ISBN 978-1-78242-214-3.
  42. ↑ راجندران، س. (2018-09-20). المنسوجات المتقدمة للعناية بالجروح . دار وودهيد للنشر. ص 185. ISBN  978-0-08-102193-4.
  43. ↑ غاندي، كيم (1 نوفمبر 2019). المنسوجات المحبوكة: المبادئ والتقنيات والتطبيقات . دار وود هيد للنشر. ص 332. ISBN  978-0-08-102498-0.
  44. ↑ تشين، شياوغانغ (28-05-2015). التطورات في المنسوجات ثلاثية الأبعاد . إلسيفير. ص 324. ISBN  978-1-78242-219-8.