Computer Aided Design for 3D Fabrication Using Knitted Structures

使用针织结构进行 3D 制造的计算机辅助设计

基本信息

  • 批准号:
    1538593
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-08-15 至 2018-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Knitted structures are widely used in textile production. The intricate interlocking of yarn loops using numerous different types of stitching rules allows knitted structures to naturally take 3D shapes that exhibit substantial flexibility even if the underlying yarn material is barely stretchable. These properties combined with new forms of yarn and modern automated knitting machines open up new avenues for general purpose 3D fabrication well beyond traditional, knitted garments. However, the existing computer aided design methods and tools for knitted structures are suitable only for simple 2D patterns. This award supports fundamental research to the needed knowledge for the modeling of 3D knitted structures that will enable rapid design and production of 3D surfaces with drastically different physical properties as compared to other forms of customized fabrication, such as 3D printing. The results from this research will benefit the U.S. economy and society with potential applications in numerous fields including biomedical, healthcare, furniture, automotive, and aerospace industries. The inherent multi-disciplinary nature of this project will broaden the participation of underrepresented groups in engineering research and positively impact education.A rich variety of knitting operations and stitch types allow for the production of complex 3D surfaces. However, the methods and tools for determining a stitch pattern for a 3D surface with desired geometry and properties are primitive. Since the natural shape of a particular stitch depends of the stitches around it, existing computer aided design methods for rigid materials are not applicable. This research is to fill the knowledge gap in predicting the natural 3D shape of a knitted structure formed by different types of stitches with different configurations. The research team will explore computer aided design interfaces for specifying the knitting operations to produce a desired 3D surface, conduct experiments with knitted structures to identify the natural 3D deformations induced by different stitch patterns, establish rules for predicting these deformations, and develop a physics-based simulation model for computing the natural shape of knitted structures.
针织结构广泛用于纺织品生产中。使用多种不同类型的缝合规则的纱线循环的复杂互锁使编织结构自然采用3D形状,即使基础纱线材料几乎无法拉伸,也可以表现出很大的柔韧性。这些特性与新形式的纱线和现代自动编织机相结合,为通用3D制造的新途径开放了远远超出了传统的针织服装。但是,现有的计算机辅助设计方法和针织结构的工具仅适用于简单的2D模式。该奖项支持基本研究,以建模3D针织结构所需的知识,与其他形式的定制制造(例如3D打印)相比,具有截然不同的物理特性的3D表面的快速设计和生产。这项研究的结果将在许多领域的潜在应用中受益于美国经济和社会,包括生物医学,医疗保健,家具,汽车和航空航天行业。该项目的固有多学科性质将扩大代表性不足的团体参与工程研究并积极影响教育。各种各样的编织操作和针迹类型允许生产复杂的3D表面。但是,确定具有所需几何形状和特性的3D表面的针迹图案的方法和工具是原始的。由于特定针迹的自然形状取决于其周围的针迹,因此现有的计算机辅助设计方法不适用。这项研究是为了填补知识差距,以预测由不同类型的针脚形成的针织结构的自然3D形状。研究团队将探索计算机辅助设计界面,以指定针织操作,以产生所需的3D表面,通过针织结构进行编织实验,以识别由不同的针迹模式引起的自然3D变形,建立预测这些变形的规则,并开发基于物理的模拟模型,以计算针织结构的天然形状。

项目成果

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