紡織服裝產業3D技術動向與發展趨勢

劉樹英

在大部分人心中，3D打印是十分前沿的技術，只存在于高新科技領域，但其實3D打印并不新奇，從飛機、建筑等重工業制造到牙齒矯正器、玩具定制，特別是服裝、內衣與鞋襪的個性化定制，3D打印制造的服飾產品早已滲透到發達國家服裝產業、頂級時裝會展與人們的日常生活中。

顛覆傳統的時尚技術

3D打印是顛覆傳統服裝設計的創新技術，它將復雜的服裝結構繪制在虛擬的人體模型上，實現了常規面料無法完成的概念，并創造出更多的細節。同時，可以把跨學科的知識運用到服裝設計中，通過3D 打印技術將靈感變成現實。

早在2009年，法國藝術家丹尼爾·威德里格就曾創辦了自己的3D服裝工作室。2010年，威德里格與時裝設計師Iris Herpen合作，利用樹脂作為材料，采用光固化等技術創造了一系列3D打印的炫彩禮服，被評為美國《時代》雜志2011年50項最佳發明之一。

2010年7月，荷蘭著名時裝設計師艾里斯·范·荷本在阿姆斯特丹時裝周上首次發布了以3D 打印方式創作的“結晶”主題時裝，3D 打印由此跨入時裝設計界。到了2013年5月，眾多時裝設計師推出一系列利用3D打印技術打造的服裝服飾作品，于倫敦的國際藝術博覽會COLLECT的薩奇畫廊展出。據悉，本屆展出的3D打印連衣裙、披風、婚紗與禮服等，讓我們看到精妙絕倫的3D全息打印技術，在不同的材質和光感上制造出詭異的平衡；特別是其中穿環、釘珠、切割、鐳射和拼接的細節創新，極致復雜的制版后無人工干預的制造過程讓人驚嘆。

在2013 年秋冬巴黎高級定制時裝周上，比利時設計師賽亞·布洛赫推出了“瘋狂的鑲嵌”系列時裝，由比利時Materialise 公司利用3D 打印技術生產，實現了常規面料無法完成的概念。布洛赫設計將塑料材料切成條狀，用機械加工中的“3D激光燒結”工藝形成三維立體效果，再加以人工縫紉，成就了“新3D服飾主義”令人驚嘆的奇幻王國女裝系列，縱使眾多挑剔毒舌的評論家都大加贊賞，甚至有人稱其為寄生在女性軀體中的麥昆靈魂。

不久前，范·荷本又在巴黎時裝周上發布了她的2015春/夏時裝系列，范·荷本讓人們記住的就是她夸張充滿視覺沖擊力的設計風格，此次展示仍舊沒有讓人們失望，以“成年時尚”為主題展示了她的3D打印服裝及配飾——磁力運動系列時裝，由此證明范·荷本在藝術、材料和服裝這三方不穩定的影響勢力中構架一個屬于時尚的平面。

3D打印技術的發展歷程

3D 打印技術最早源于美國。以3D Systems 和DTM 公司為代表的一批中小科技公司，1984年，Charles Hull開始研發3D打印技術，1986年，他自立門戶，創辦了世界上第一家3D打印技術公司（3DSystems），同年發布了第一款商用3D打印機。1988年，Scott Crump發明了FDM（熱熔擠制成型）技術，并于1989年成立了現在的另一家3D打印上市公司Stratasys，該公司在1992年賣出了第一臺商用3D打印機。

到了21世紀初，3D打印技術隨著立體光固成型（SLA）、選擇性激光燒結（SLS）和熔絲沉積造型（FDM）等主流技術相繼成熟與完善，2008年開源3D打印項目RepRap發布“Darwin”，3D打印機制造進入新紀元；同年，Objet推出Connex500，讓多材料3D打印成為可能。

目前，在歐美等發達國家，3D打印技術的應用已較為廣泛。現在全球3D模型制造技術的專利實力榜單上，美國3DSystems公司、日本松下公司和德國EOS公司遙遙領先。隨著美國“再工業化、再制造化”的口號呼喊，3D打印所打造的少勞動力制造將給美國服裝產業極大的動力去發展。

服裝生產流程的3D 創新模式

新興的3D 打印服裝產品，隨著打印技術和打印材料的不斷更新，服用性能也會日趨完善，并滿足不同的著裝功能。美國經濟學家詹姆斯·赫克曼認為：“把跨學科的知識運用到服裝設計中，通過3D 打印技術將靈感變成現實，開創了服裝行業基于3D科技顛覆產業鏈的系列創新模式。”于是，3D 打印技術在服裝生產流程中創新的模式有：

一是服裝造型設計模式：傳統服裝設計就是基于創意與市場進行設計素材的收集，然后進入設計、生產和流通過程。其中，造型設計過程需要大量試制材料（如紙張、坯布、面輔料紗卡等）和工具（如臺案、刀剪、縫紉機等），即使由服裝CAD/CAM造型技術介入，但縫制和整燙過程還是不能擺脫手工作業。然而，將3D 打印技術應用到服裝造型設計過程，使服裝的構思與實現形成了統一，使服裝的設計流程和各環節實現了數據共享，在成衣產生之前沒有任何的材料消耗，也可實現量產。快速成型技術無需專用的模腔或夾具，實體的形狀和結構也相應不受任何約束，它用逐層變化的截面來制造三維形體，在制造每一層片時都和前一層自動實現連接，使制造成本完全與批量無關，既增加了成型工藝的柔性，又節省了制造過程和專用工具的大量成本。

二是服裝成品設計模式：傳統的服裝成品設計過程從手工效果圖開始，由設計總監或設計團隊進行設計圖的評審，進入定稿階段，然后進行市場容量的估計，進行成品生產，最后進入市場進行流通。傳統的服裝成品生產過程需要購置大量面輔料實物，先將材料切割機形成樣片，通過縫制設備進行樣片縫合，最后由整燙設備進行成 衣塑形。但是，將3D 打印技術應用到服裝成品設計整個過程，就大大拓寬了制造理念和技術的應用領域。通過虛擬現實技術，對服裝中復雜數據進行可視化操作與交互， 產生計算機模型圖形圖像，與數字化成型技術結合，生產二維圖形進行原始材料生成，也可通過快速凝固激光材料制備與成型技術生成服裝三維實物。

三是服裝實體技術模式：在技術層面，通過三維掃描儀，使得對人體和固態實體利用計算機技術實現的數字化定制成為可能。可以針對傳統數字化設計模式中與客戶交流以及客戶需求變化快的問題，利用對象模型到對象關系型數據庫的映射理論，完成對象關系型人體及固態實體信息數據庫的模型建立，最后完成其物理實現。

四是個性化客戶定制模式：3D打印技術會讓服裝設計更加藝術化、個性化，基本可以實現廣泛而隨意的個性化定制。在3D服裝生產流程中，某一個性化定制模式必須完成基于網絡環境的客戶與設計單位協同合作，才能夠通過電子銷售平臺進行批量和單一數字化定制，實現數字化定制經濟。最終的服裝實物依托全數字化的流程完成，此服裝具有了獨立的電子身份，3D 打印的提供商可以全程跟蹤服裝的流向，甚至建立服裝的回收系統，使服裝的回收成為可能，服裝的成本會大大降低。

五是服裝供需流通模式：傳統的服裝流通過程是消費者根據實體店成衣和網絡成衣實物圖片進行選購，這也是服裝行業庫存高的根本性原因。在自然資源愈發匱乏的現狀下，服裝傳統的供應鏈模式可以通過3D 打印技術在服裝全產業鏈的應用，改變服裝的流通模式。服裝的對象化定制和服裝企業的零庫存將成為服裝行業的新模式，而且此模式與企業規模的大小沒有直接的關系，使服裝行業的權杖真正屬于服裝設計師。

六是服裝材質材料模式：與傳統服裝生產應用紡織品與非織布等原料不同，通過3D打印技術轉化相關介質為服裝成品，不需要紡織品與非織造布等原料，甚至連布料質量都不再是個問題。因為3D打印機使用的是實實在在的原材料。如今可用于打印的介質種類多樣，包括生物質料、塑料、金屬、陶瓷、橡膠類以及再生細胞等物質。有些3D打印機甚至能結合不同介質。對于服裝行業來說，使用3D打印技術后，在消費者訂購某款衣服之前，服裝用料成本大大降低，設計師的生產成本幾乎為零。

3D打印服裝新技術新工藝

3D打印無疑是一種頗具創造性的新技術，尤其是對于設計領域具有重大意義，能夠幫助設計師們更簡單方便地制造設計原型。但礙于打印材質局限在塑料材質的緣故，如果要想使用3D打印來制作一件柔軟的衣服，似乎還有些困難。不過，隨著3D打印新型技術的發展，這種情況有望得到改善。目前世界各國在3D打印服裝方面開發并利用的新技術與新工藝主要有：

3D-CAD制圖技術：不久前，Nervous System設計工作室研發出一款全新的3D打印軟件，稱之為“Kinematics”，能夠通過先進的打印形式來解決材質所帶來的局限性。它是一款3D-CAD制圖軟件，可通過運動學模型分析技術，通過打印可連接的三角形模塊，制作出可折疊、柔軟的3D打印服裝，解決塑料材質無法折疊、彎曲的情況。設計師可通過軟件控制每個三角形的尺寸、位置和數量，也能夠改變其細微形態，最終制成一款時尚、具有可穿性的3D打印網眼禮服。

FDM-II技術：人們似乎要做好穿上RPET聚酯服裝的準備。最近Stratasys公司發布的超能型快速成型系統Fortus1500mc，代表了當今3D打印服飾FDM-II技術的最高成型精度、成型尺寸和產能，成型尺寸達到600mm×150mm×0.075mm，打印誤差僅為每毫米增加0.0015mm～0.089mm，打印層厚度最薄為0.075mm～0.178mm，被用于打印真正的運動服與鞋靴類成品。其意義在于更精確、更復雜的多元打印結構，能夠更有效地模擬織物形式，對于服裝設計師構建原型、實踐設計理念具有一定積極意義。

PP-B技術：這是Systems公司新研制的ZPrinter-100系列3D打印機，它是一款使用PP-B技術的新型3D打印機，其噴頭每次噴一層原生纖維或者樹脂粉末，并通過橫截面進行粘合。打印中不斷重復該過程，直到打印完每一層。此技術允許打印鞋底、鞋跟與鞋幫等全色彩原型和彈性部件，若是將原生纖維、熱固性樹脂和塑料加入粉末一起打印，還可以增加強度和韌性。

3D-Nylon 12技術：這是Shapeways公司設計師珍娜·費瑟研制的新型3D-Nylon 12打印機，該機利用聚酯、酰胺類原材料，就能打印出結實時尚的比基尼泳衣，也可以打印出網格狀充滿未來感的春夏休閑服與秋禮服。

SLA-A技術：這是Objet公司應用SLA-A技術打印服裝新開發的PolyJet系統3D噴頭打印機，目前已實現以5μm～30μm的超薄層噴射光敏聚合物材料，并層層構建到托盤上，直至成品制作完成。每一層光敏聚合物在噴射時即采用紫外線光固化，打印出的布料即為完全凝固的模型，無需后固化。這種3D噴頭打印機多用于婚紗、禮服與女性服飾成品的生產制作。

生物服裝的3D 打印動向

不久前，倫敦設計師沙姆斯·亞丁和研究人員基于可再生合成原細胞微粒優勢的原理，利用3D 打印技術開發了一款能在一夜之間自我修復的生物跑鞋“阿米巴”，這種跑鞋能夠對壓力、運動、光或熱產生反應，猶如穿著者的皮膚一樣貼身、舒適，且具有自動修復損傷功能。

“基于生物材料的生物型功能服裝，在3D 打印技術上的應用，將使與人體接觸的服裝具有前所未有的生物活性、記憶式修復性與舒適功能。”南丹麥大學原細胞專家馬丁·漢克澤克教授指出，“從市場角度分析，由于人民生活水平的提高，衣著消費水平的提升，時尚觀念的增強，未來人們對生物服裝的社會化3D制造和個性化生產具有廣泛需求，可以說市場前景相當樂觀，潛力非常可觀。”

科學技術如何影響未來的產品？這是亞丁長期癡迷的一個問題。她在自己的網站上指出：“可再生原細胞是合成生物學的一項研究新成果，但是它模糊了非生命與生命 之間的界線。”亞丁正在倫敦中央圣馬丁學院進修，學習未來紡織品課程，設計概念原細胞生物服裝是她攻讀碩士學位的一部分。亞丁發現，可再生合成原細胞是一 種簡單的分子，缺少生物細胞那樣的復雜性。她在接受英國媒體采訪時表示：“它們與生命類似，但并不是生命。‘阿米巴表面適應原細胞鞋是一種切實可行的概念產品，旨在探尋未來新材料的使用。”

據介紹，亞丁研制的“阿米巴”鞋使用的材料由可再生合成原細胞構成。在設計上，原細胞材料就像一層皮膚一樣，因此能夠與雙腳完美貼合。雖然不是真正意義上的生命，原細胞具有自我修復并對壓力做出響應的功能。亞丁對《Dezeen》 雜志記者說：這是一種具有未來派色彩的終極定制鞋，就像一層皮膚一樣與雙腳完美貼合，成為支撐和保護雙腳的一種全新方式。這種鞋子能夠對壓力做出響應，跑步時它的特定區域會發生膨脹，提供額外的緩沖。使用可再生合成原細胞制作鞋子的最大優勢：是它能夠在一個晚上實現再生，讓鞋子永遠穿不壞。為了讓這種鞋子每天都保持生物學特性，用戶需要在頭天晚上將它們存放在裝有特殊原細胞液體的容器中。有趣的是，不同顏色的液體可以充當臨時染料，賦予鞋子不同的色彩。

如今，3D打印正由服裝產業化用途越來越趨向于民用化用途。對于耗材，人們要求它更環保、更健康，而生物材料恰恰可以滿足這種需要。在3D打印服裝的耗材領域，生物材料的應用已經不斷出現。下面簡要闡述歐美在3D打印服裝方面主要應用的生物基材料：

PLA（聚乳酸）：這是一種可生物降解的熱塑性脂肪族聚酯，它來源于可再生資源如玉米淀粉、甘蔗等。在熔融沉積制造（FDM）3D打印機中，PLA線條打印出來的運動服成型好，不翹邊，外觀光滑。除此之外，它最大的優點還在于它的環保性，兼有天然纖維和合成纖維的特點，吸濕排汗均勻、快干、阻燃性低、 煙塵小、熱散發小、無毒性、熔點低、回彈性好、折射指數低、色彩鮮艷、不滋長細菌和氣味保留指數低等。由聚乳酸纖維制成的織物具有良好的懸垂性和手感，所制成的成衣具有穿著舒適，并具耐穿性、抗皺性、抗紫外線和導濕作用，并能釋放人體氣味等特性，是極佳的高級休閑服飾和優質舒適的運動服面料。目前歐美也有服裝設計師積極地研究PLA在采用SLS技術的3D打印機中的應用。例如哈佛理工學院的杰里克·哈斯博士等在應用SLS-3D打印技術可制作高級休閑服飾、運動服、床品、襪子及室內裝飾等；而且，采用SLS-AR技術成型生物可降解的高分子聚L-乳酸（PLLA），還能制成高孔隙度的婚紗、禮服等，對其進行顯微鏡組織分析，發現3D成品面料的孔隙、網格等具有季節性伸縮生長能力。

PTT：生物基聚酯PTT（聚對苯二甲酸丙二醇酯）作為一種新型生物基聚酯產品，具有其他材料無法比擬的綜合性能：它有尼龍（PA）的柔軟性，且有更好的色澤度；也有腈綸（PAN）的蓬松性，且避免了磨損傾向；還有滌綸（PET）的抗污性，更有很好的手感；加上本身固有的回彈性和抗靜電性，PTT適合開發高檔服飾和功能性材料，成為當前國際上3D打印服飾用的主要生物基材料之一。業內專家指出，PTT將會改善3D打印的成品效果。這類生物基材料以其獨特的時裝效果、優良的易護理性能將被3D打印技術使用于高檔風衣、男士夾克衫、女性時裝等。

PVA：PVA（聚乙烯醇）是一種可生物降解的合成聚合物，它最大的特點就是它的水溶性。作為一種應用于從下往上的FDM-3D打印服裝的新型支撐材料。具有特殊的柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、氣體阻絕性、防護性、耐磨性以及經特殊處理具有的耐水性，可用于制作運動服、醫護服、消防服、防毒滲透工作服以及防護手套、鞋襪等高級服裝。

PA11：PA11（聚十一酰胺）的英文名稱Poly Undecanoylamide，是以蓖麻油為原料合成的長碳鏈柔軟尼龍，具有密度小、強度高、尺寸穩定性強、化學性能穩定的特點，同時它還具有電絕緣優良等優點。目前在3D打印領域中，PA11可以用FDM打印機制作柔軟的服裝產品，例如浴衣、內衣、泳衣。因為其柔韌性不至于在打印過程中被破壞，并且由于其密度大，也能滿足這類衣服必須防水的需求。

TPU：TPU中文名稱為“熱塑性聚氨酯彈性體”。它是由二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）或甲苯二異氰酸酯（TDI）等二異氰酸酯類分子和大分子多元醇、低分子多元醇（擴鏈劑）共同反應聚合而成的高分子材料。TPU可再生資源含量高達60%，具有優異的機械性能、冷繞曲性、抗水解性和良好的粘著力、耐磨耐壓、方便加工回收，是一種輕質且成本效益高的原材料。在3D打印領域，作為一種彈性線條材料，具有很廣泛的應用，如打印鞋子、防護帽與包袋等。耐克近日推出使用生物基TPU-3D打印的GS足球鞋，既能保證性能，又能降低對環境的壓力，其鞋底板比傳統的底板輕了15%，性能達到82至95的邵爾A型硬度，并具有出色的耐磨性、冷繞曲性、抗水解性和良好的粘著力。

3D打印服裝業市場發展前景

作為一種全新的制造方式，3D打印服裝的確正在給傳統的服裝制造業帶來深遠的影響。相對于傳統服裝的機械加工，3D打印具有以下突出特點：一是原材料利用率提高，生產廢料減少；二是產品形狀結構的設計自由度大幅提高，并且形狀復雜度的提高幾乎不會帶來額外制造成本；三是制造流程簡化，制造的數字化程度和設備的通用性水平進一步上升。

基于這些技術的特點和延伸性優勢，僅從產品供給方分析，服裝制造業近年來致力于產業轉型升級，高新技術普遍應用，3D人體測量技術、大規模定制技術、敏捷制造技術、一次成型技術等初見成果，形成了相當的應用基礎。另一方面，3D打印機制造業在許多國家越來越得到重視，歐美有些國家服裝業建立了3D打印技術產業聯盟，也形成了一定的技術基礎。

根據咨詢公司Wohlers Associates 的統計，2014年全球3D 打印產品（設備+服務）的銷售總額已經達到45.4 億美元，近10年時間里以年均27%的速度高速增長。該機構預計未來5～10 年全球快速成型市場將繼續以年均20%的速度膨脹，預計至2024 年，3D打印市場規模可達150億～200億美元的總量。

近年來，3D打印市場高速發展，個人3D打印市場也已開啟。根據市場研究機構Frost&Sullivan發布的《2014年全球3D打印市場研究報告》顯示，從2011年到2014年，全球個人3D打印設備銷售量呈現爆發式增長，銷售量從14987臺猛增至43227臺，增幅接近335%，大幅超過商用3D打印設備增速。世界3D打印技術產業聯盟秘書長、中國3D打印技術產業聯盟執行理事長羅軍表示：現在中國還是3D打印技術的起步階段、產業化的初級階段。未來3～5年將是中國3D打印技術最為關鍵的發展機遇期，如果推進順利，2015年同比翻一番沒有大問題，2015年全國3D打印產業整體的銷售規模有望達到80億～100億，到2016年產值將達百億元人民幣。

3D打印服裝正如某些專家預測所說，將會取代傳統制造業加工模式，顛覆性改變制造業的生產方式嗎？這需要針對每個行業的特點理性分析。總之，3D打印服裝是我們的美好期待，實現目標有賴多方努力，前景樂觀但需理性分析。

譯據美國雜志《事實與生活》2015年7月號

原文作者：美國時裝設計師協會首席顧問伊麗莎白·曼德拉教授

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