3D Knitting: Fremtiden for avanserte tekstiler

Et team av innovative ingeniører har utviklet en ny 3D‑syringsmaskin som kan produsere komplekse former og strukturer. Designet deres presser grensene for beregningsbasert fabrikasjonsforskning og åpner døren for mer holdbare og kapable tekstiler.

Global vekst i tekstilmarkedet i 2025

Ifølge nylige rapporter, vil tekstilindustrien overstige 1,07 billion USD i verdi innen slutten av dette året. Denne veksten kan tilskrives flere nøkkelfaktorer. Nylige fremskritt innen digital trykking og design, sammen med AI‑integrasjon, har hjulpet produsenter med å øke produksjonen uten å redusere holdbarheten.
Sveip for å bla →

Siden klær er noen av de mest intime gjenstandene du eier, er det ikke overraskende at så mye forskning rettes mot å gjøre dem mer komfortable, holdbare og rimelige. Dagens mest avanserte tekstiler kan mye mer enn bare å gi litt varme.

Smart tekstiler

Smart tekstiler har potensial til å revolusjonere markedet. Disse neste‑generasjons trådene har integrerte sensorer og andre komponenter designet for å forbedre funksjonaliteten. For eksempel finnes det spesiallagde skjorter som bruker ledende fibre til å overvåke eksterne stimuli som pulsen din eller temperaturen.

Tenk deg nå et sportslag med spillere i uniformer som gir sanntidsovervåking. Trenere kunne bruke denne teknologien til å se hvilke spillere er slitne og bytte dem ut før de blir for trøtte eller skadet. Den samme teknologien kan også brukes for medisinske pasienter, soldater og mange andre anvendelser.

Hvordan tekstiler produseres i dag (og deres begrensninger)

De nåværende tekstilfabrikasjonstrategiene begrenser designere til kun overflatestrukturer. Disse systemene har blitt forbedret gjennom århundrer, og dagens industrielle strikk- og vevemaskiner har presset grensene for 2D‑strikking så langt som mulig.

I dag er industristandard strikkemaskiner i stand til automatisk å danne en løkke og opprettholde den mens en materarm fører en ny tråd gjennom den. Disse maskinene bruker nålepar som gjør at maskinen kan holde løkken under prosessen. Merk at disse maskinene kun støtter vekslende venstre‑til‑høyre og høyre‑til‑venstre passeringer.

Hva er solid strikking?

Solid strikking representerer frontlinjen innen beregningsbasert fabrikasjonsforskning. Det åpner opp den tradisjonelle strikkprosessen, og gjør det mulig å lage fullstendige 3D‑design. For å oppnå dette legger solid‑strikkemaskiner til minst to ekstra masker.

Disse systemene bruker avanserte algoritmer som gjør ingeniører i stand til å strikke komplekse 3D‑overflater eller nettverk. Disse komplekse strikkstrukturene åpner døren for nye bruksområder for stoffer. For eksempel, forestill deg et smart tekstil strikket på en måte som gjør at det kan påføre trykk på sensorer eller dempe et fall.

Disse systemene kan bidra til å drive fremtidige proteser, utvikle unik stoffinfrastruktur, og låse opp mer holdbare klær som kan tilpasse seg bestemte forhold når det trengs. Solid strikking er fortsatt i utviklingsstadiet, og det finnes flere hindringer ingeniører må overvinne for å oppnå storskalig adopsjon.

Nåværende problemer med solid‑strikkingsprosesser

Et av hovedproblemene med solid‑strikkingsdesign er at en enkelt feil kan føre til at hele prosjektet må kastes. Avhengig av strekkraften og mønstrene, finnes det geometriske begrensninger som må overkommes. I tillegg har mangel på programvare og egnede enheter begrenset adopsjonen.

For det første finnes det få plattformer for solid‑strikking, hovedsakelig fordi det er svært vanskelig å programmere den fysiske oppførselen til garnet. Som følge av dette er programmering av solid‑strikkemaskiner et arbeidsintensivt prosjekt som kan ta over 100 timer å fullføre, noe som øker kostnadene og påvirker effektiviteten.

Innsiden av studien om 3D‑printet strikking

Studien Using an Array of Needles to Create Solid Knitted Shapes¹ introduserer en 3D‑strikkingsprosess som kombinerer et spesialbygd designverktøy, en tilpasset 3D‑strikkemaskin og aktuatorer for å skape solid volum kun ved hjelp av tråd.

Utviklingen åpner døren for ingeniører til å lage klær som kan strekkes der og når det trengs, eller stivne for å gi ekstra holdbarhet. Disse mekaniske egenskapene bruker volum for å oppnå ekstra funksjonalitet og kan integrere sensorer for å legge til mer kapasitet.

Tilpasset nålemaskin

Forskerne designet og bygde en 6×6‑prototype for å demonstrere deres volumetriske utskriftsstrategi. Denne unike enheten integrerer en multi‑bed, symmetrisk dobbel‑krok‑design. I tillegg kan enheten operere hver av sine nåler uavhengig ved hjelp av aktuatorer.

Kilde – Carnegie Mellon Textiles Lab

Deretter satte teamet i gang med å lage og programmere et tilpasset design‑kort basert på en Raspberry Pi Pico. Kortets hovedoppgave er å overvåke de 72 motorene som styrer hver nål og krok i systemet. Spesifikt har hver kobling 8 motorer.

Garn

Når det gjelder tilførsel av stoff, mates garnet inn i maskinen, og deretter griper to sveipende armer det og fører det til overføringsklypene. Disse doble klypene sender det videre til en komprimeringsenhet, før materen bestemmer optimal spenning og leveringshastighet.

Prosessen

Ingeniørene klarte å overvinne løkkestabilitetsproblemet som begrenset tradisjonelle solid‑strikkingsplattformer ved å bruke en kombinasjon av et løkkeoverføringsverktøy, en unik multi‑nåle‑brett og en dobbel‑krok‑design som utnytter bakkroken til å fange garnet.

3D‑printet strikketest

Teamet utviklet først flere forskjellige 3D‑strikkemetoder ved hjelp av deres proprietære designprogramvare. Interessant nok integrerte designene både vertikale og horisontale mønstre for å lage former. Prototypen integrerte et radbasert design for å bygge opp strikkingen til forhåndsdefinerte former.

Merkbart testet teamet enheten på flere ulike strikketyper. Spesifikt prøvde de tradisjonelle strikk, horisontale strikk og solide strikk. Målet var å bruke designprogramvaren til å lage intrikate design som en dag kan tilby ekstra funksjonalitet til brukeren.

Resultater fra 3D‑printet strikketest

Testfasen ble avsluttet og leverte noen øyeåpnende resultater. For det første beviste teamet at enheten pålitelig og konsekvent kan skape mikro‑strukturer som oppstår fra sting‑til‑sting‑forbindelser. Disse solide stingede formene ble designet for å justere stivhet og andre nøkkelparametere. Imponerende nok klarte deres 3D‑strikkemaskin å lage flere avanserte former som tradisjonelle maskiner ikke ville kunne støtte.

Fordeler med 3D‑printet strikkingsteknologi

Det finnes en lang liste med fordeler som denne forskningen bringer til tekstilmarkedet. For det første åpner den døren for videre søk etter utvikling av nøyaktig 3D‑utskriftsprogramvare og fabrikasjonsmetoder. Denne prototypen gir enestående fleksibilitet, og muliggjør design med reduserte begrensninger på sting‑forbindelser.
Sveip for å bla →

Lav kostnad

Forskergruppen fokuserte på å bruke rimelige og lett tilgjengelige komponenter, noe som har bidratt til å holde designet kostnadseffektivt. Smart nok baserte teamet seg på modularitet, sammen med proprietær programvare, for å skape en lavkost‑3D‑utskriftsmetode som støtter solide utskriftsstrukturer og design.

Reelle anvendelser av 3D‑printet strikking & tidslinje:

Det finnes mange anvendelser for denne typen tekstilfabrikasjon. For det første vil den muliggjøre produksjon av stoffer som strekkes der de trengs og dempes i andre områder. Tenk deg et par jeans som har ekstra polstring i bestemte områder kun ved å bruke strikkoppsettet i stoffet i stedet for å legge til ekstra materiale.

Medisinske anvendelser

Denne formen for solid utskrift vil bli integrert i smarte tekstiler i fremtiden. Integreringen vil forbedre overvåking og sikkerhetsfunksjoner for smarte klær ved å muliggjøre sanntidssporing og andre fremskritt. I tillegg kan visse stingdesign brukes til å beskytte sensorer eller smarte komponenter i disse stoffene.

Tidslinje for 3D‑printet strikking

Du kan forvente å se denne teknologien på markedet innen de neste fem årene. Teamets beslutning om å bruke lett tilgjengelige materialer fremhever hvor tilgjengelig teknologien er og dens lave kostnad. Det er imidlertid fortsatt mange faktorer som ingeniører må rette opp før noen større oppskalering av prosjektet.

For det første er det mye arbeid som gjenstår for å forhindre at strikk‑løkken lukker seg. I tillegg bemerket teamet at dette kun er et bevis på konsept, og at det fortsatt trengs forskning for å teste den faktiske skalerbarheten til deres nye fabrikasjonsmetode.

Forskere innen 3D‑printet strikking

Studien om solid strikking ble satt sammen av François Guimbretière, Victor F Guimbretière, Amritansh Kwatra og Scott E Hudson. Disse ingeniørene refererte til flere tidligere prosjekter som bidro til å inspirere deres nyeste forskning innen solid strikking.

Fremtiden for 3D‑printet strikking

Neste steg for teamet er å finne ut hvordan de kan forbedre løkkestyrken. Den nåværende oppsettet forbedrer seg betydelig i forhold til andre tilnærminger, men krever fortsatt finjustering for å konsekvent kunne lage volumetriske design uten feil.

Investering i tekstilmarkedet

Tekstilindustrien er full av konkurrenter som søker å få et forsprang på sine rivaler på alle mulige måter. Som følge av dette har flere selskaper klart å sikre seg en plass på toppen av markedet ved hjelp av innovative fabrikasjonsprosesser, smart markedsføring og en jevn støtte til nyskapende innsats.

DuPont de Nemours

Det delaware‑baserte DuPont de Nemours kom inn på markedet i 1802. Grunnleggeren, Éleuthère Irénée du Pont, startet virksomheten med mål om å levere krutt til USAs væpnede styrker. DuPont var svært suksessfull i dette foretaket, som førte til at selskapet vokste til å bli den største leverandøren av krutt til USAs væpnede styrker på den tiden.

Tidlig på 1900‑tallet skiftet selskapet fokus til kjemi‑ og materialvitenskap. Dette manøvrerte de inn i en rekke innovative produkter, inkludert oppfinnelsen av neopren syntetisk gummi, det første ekte syntetiske stoffet, nylon, Teflon og mange andre.

I 2017 fusjonerte selskapet med Dow Chemical. Men bare tre år senere delte firmaet seg i tre separate enheter basert på deres fokus. Spesifikt var DuPont sentrert om spesialprodukter, mens Dow arbeidet med materialvitenskap, og Corteva skapte landbrukskjemikalier.

Mens DuPont fortsatt er en målestokk for materialinnovasjon, bringer nye aktører som Shima Seiki og Arkema 3D‑strikking og additiv tekstilfabrikasjon nærmere kommersiell realitet.

Siste nyheter og ytelse for DuPont de Nemours (DD) aksje

3D‑printet strikking – Konklusjon

Evnen til å lage volumetriske strikkede former vil føre til mange interessante utviklinger, som avanserte sikkerhetsklær og mer. Disse 3D‑formede designene er bare toppen av isfjellet, og i løpet av de kommende månedene kan du forvente at denne enheten lager mer komplekse strikk som presser grensene for kunsten til nye høyder.

Lær om andre kule 3D‑utskriftsfremskritt Her.

Referanser

^{1. François Guimbretière, Victor F Guimbretière, Amritansh Kwatra et Scott E Hudson. 2025. Using an Array of Needles to Create Solid Knitted Shapes. In Proceedings of the 38th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, Article 100, 1–11. https://doi.org/10.1145/3746059.3747759}