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.
针织结构广泛应用于纺织品生产。使用多种不同类型的缝合规则对纱线线圈进行复杂的互锁,使针织结构能够自然地呈现 3D 形状,即使底层纱线材料几乎不可拉伸,也能表现出很大的灵活性。这些特性与新型纱线和现代自动化针织机相结合,为通用 3D 制造开辟了超越传统针织服装的新途径。然而,现有的针织结构计算机辅助设计方法和工具仅适用于简单的二维图案。该奖项支持对 3D 针织结构建模所需知识的基础研究,这些知识将能够快速设计和生产具有与其他形式的定制制造(例如 3D 打印)截然不同的物理属性的 3D 表面。这项研究的结果将使美国经济和社会受益,并在生物医学、医疗保健、家具、汽车和航空航天工业等众多领域具有潜在的应用前景。该项目固有的多学科性质将扩大代表性不足的群体对工程研究的参与,并对教育产生积极影响。丰富多样的针织操作和针迹类型允许生产复杂的 3D 表面。然而,用于确定具有所需几何形状和属性的3D表面的缝合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,因此现有的用于刚性材料的计算机辅助设计方法不适用。这项研究旨在填补预测由不同类型的不同配置的针迹形成的针织结构的自然 3D 形状的知识空白。研究团队将探索计算机辅助设计界面,用于指定针织操作以产生所需的 3D 表面,对针织结构进行实验,以识别不同针迹图案引起的自然 3D 变形,建立预测这些变形的规则,并开发物理模型基于模拟模型计算针织结构的自然形状。

项目成果

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