鉤編原型機(jī)

N.Grimmelsmann，C.D?pke，S.Wehlage，A.Ehrmann

Bielefeld應(yīng)用科技大學(xué) 工程與數(shù)學(xué)系(德國(guó))

1 鉤編機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

與針織或機(jī)織技術(shù)不同，在織物的鉤編過(guò)程中，只能“打開(kāi)”一個(gè)線圈(針跡)。因此，鉤編過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)脫針掉線的情況。由于鉤針可以插入先前織物表面的任何位置并在該處形成新的線圈，因此鉤編織物的圖案設(shè)計(jì)是不受限制的。只要在當(dāng)前位置剪斷鉤針上的紗線并將其從上一線圈中穿過(guò)，織物便不會(huì)出現(xiàn)脫散現(xiàn)象。相反，針織過(guò)程中，最后一行線圈始終在織針上保持“打開(kāi)”狀態(tài)。為了不使任何線圈脫散，必須對(duì)所有線圈進(jìn)行成圈過(guò)程中的脫圈動(dòng)作(或從機(jī)器上卸下后進(jìn)行縫制)。

鉤編可以形成各種三維形狀織物。一方面，通過(guò)將針頭反復(fù)插入同一線圈穿套成新的線圈，從而形成具有任意彎曲半徑的曲面，這在針織機(jī)上只能部分實(shí)現(xiàn)，受到一定程度的限制。另一方面，鉤針編織物能被輕松、快速地(機(jī)械或手動(dòng))從機(jī)器上取下并在不同的位置上重新鉤編，從而使雙T型梁或其他通用纖維復(fù)合材料等預(yù)制件的成型比針織或機(jī)織容易得多。此外，鉤編還提供了在一定線圈寬度范圍內(nèi)改變每個(gè)線圈高度的能力。通過(guò)單鉤針到多鉤針的使用可制備比針織機(jī)編織花樣更多的產(chǎn)品。最后，鉤編織物具有與經(jīng)編或緯編織物不同的力學(xué)性能，可實(shí)現(xiàn)其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，鉤編機(jī)的發(fā)展可開(kāi)拓紡織技術(shù)新領(lǐng)域，生產(chǎn)更多的新型鉤編機(jī)產(chǎn)品。

2 鉤編原型機(jī)

本文所述鉤編機(jī)目前正在申請(qǐng)專(zhuān)利(DE 10 2016 015 204 A1，WO 2018/114025 A1)。這一自動(dòng)化鉤編機(jī)的模型主要用于展示其基本功能，無(wú)需優(yōu)化其工作速度。

項(xiàng)目首先開(kāi)發(fā)了鉤編原型機(jī)的電子和機(jī)械組件。所需的機(jī)械組件是自制的，其中許多零件為3D打印制成，鉤編機(jī)的針床采用有機(jī)玻璃經(jīng)激光切割機(jī)制成，如圖1所示。從技術(shù)角度來(lái)看，該鉤編機(jī)是橫機(jī)的機(jī)械構(gòu)造與電機(jī)控制的數(shù)控銑床的有機(jī)結(jié)合。鉤編機(jī)的控制系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)源軟件編程控制實(shí)現(xiàn)。

圖1 3D打印的線性電機(jī)支架和激光切割的有機(jī)玻璃針床

經(jīng)過(guò)整體組裝和調(diào)試，完成了第一個(gè)鉤編機(jī)機(jī)械原型。機(jī)器的測(cè)試運(yùn)行從手動(dòng)開(kāi)始，然后進(jìn)入自動(dòng)操作模式，對(duì)優(yōu)化后的鉤編機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行了測(cè)試。圖2為完整的鉤編機(jī)原型，目前該原型機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了優(yōu)化改善，并擴(kuò)展了其使用功能。

圖2 原型鉤編機(jī)

3 鉤編原型機(jī)的功能

為了演示，鉤編原型機(jī)的工作過(guò)程可通過(guò)計(jì)算機(jī)逐步控制執(zhí)行，也可自動(dòng)鉤編幾針。從計(jì)算機(jī)到鉤編機(jī)的傳輸命令是通過(guò)UGS(通用G代碼發(fā)送器)執(zhí)行的。在鉤編機(jī)上，這些G代碼由Arduino硬件在開(kāi)源軟件grbl上編寫(xiě)，該軟件也常用于數(shù)控銑削或其他機(jī)器。

鉤編運(yùn)動(dòng)序列包括4個(gè)軸，由一個(gè)特殊的舌針執(zhí)行實(shí)際的鉤編過(guò)程，而針床中的其他常規(guī)舌針用于確定線圈位置。通過(guò)這種方式，避免了將特殊舌針插入鉤針編織位置而引起更復(fù)雜的視覺(jué)誤差。鉤編機(jī)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程及分解步驟在Bielefeld應(yīng)用科技大學(xué)的YouTube頻道可在線觀看。

4 結(jié)論與展望

項(xiàng)目研究并開(kāi)發(fā)了基于專(zhuān)利申請(qǐng)的鉤編機(jī)的原型。該原型是可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉤編的機(jī)器的首次展示。在后期的項(xiàng)目計(jì)劃中，將對(duì)該機(jī)型進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，以作為實(shí)驗(yàn)室用機(jī)器，從而實(shí)現(xiàn)鉤編織物的小規(guī)模化和穩(wěn)定化生產(chǎn)。此外，通過(guò)優(yōu)化鉤編機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)順序，不僅可以提高其工作速度，還可整合更多的線圈，以生產(chǎn)具有不同力學(xué)和外觀性能的鉤編紡織品。