Tècniques de processament d'estructura de teixit de fibres
El teixit 2D tradicional implica l'entrellaçat de fils d'ordit i de trama en un teler o màquina de teixir de braços múltiples per crear estructures de teixit llisa, sarja i setí. El procés de teixir consta de cinc accions bàsiques: vessar, recollir, batre, agafar i deixar fora. Hi ha diverses tècniques de vessament disponibles, com ara llançadora, estoc i raig d'aire. El procés de teixit 2D d'una sola capa també es pot aplicar per teixir determinades estructures teixides en 3D, incloses estructures 3D ortogonals i d'enclavament angular, estructures espaiadores buides 3D amb capes intercalades de teixit i estructures de bresca, estructures de closca 3D i estructures de nodes 3D. La figura 1 il·lustra els principis de teixit 2D per a la fabricació d'estructures teixides d'enclavament d'angle 2D i 3D convencionals.
Figura 1: principis de teixit 2D per a estructures teixides 2D i 3D
Tot i que les tècniques tradicionals de teixit 2D es poden utilitzar per produir diverses estructures sòlides de teixit 3D, la dimensió del gruix és limitada. Per aquest motiu, s'han desenvolupat màquines de teixir 3D especialitzades per fabricar teixits en 3D. Una de les primeres màquines desenvolupades a l'estranger és un teler especial utilitzat per produir estructures ortogonals amb fils X, Y i Z, tal com es mostra a la figura 2.
Figura 2: Màquina de teixir 3D especialitzada per a la fabricació d'estructures ortogonals 3D
En el procés de teixit, les fibres de la direcció Z romanen estacionàries mentre que les fibres X s'insereixen primer i es baten a la posició adequada, seguida de la inserció i batuda de les fibres Y a les seves respectives posicions. Aquesta operació es repeteix per generar una estructura compacta fins a assolir l'alçada desitjada, donant lloc a una estructura de secció transversal rectangular 3D. Posteriorment, es va desenvolupar una màquina de teixir 3D de doble obertura a l'estranger. Aquest sistema d'obertura permet que els fils d'ordit s'entrellacin amb els fils de trama tant horitzontalment com verticalment. Aquesta tècnica especial de teixit en 3D també pot produir directament materials modelats teixits, proporcionant la màxima integritat estructural fins i tot quan el teixit es talla o es fa malbé.
La fabricació d'estructures de teixit de tres eixos s'aconsegueix mitjançant la integració de les tècniques tradicionals de teixit 2D i de teixit automatitzat. A la figura 2.28 es mostra una màquina típica de teixir de tres eixos, dissenyada per Dow i fabricada per Barber-Colman. Aquest equip utilitza una roda giratòria amb eixos per posar els fils d'ordit i utilitza una vora de pinça per crear un cobert per a la inserció de fils de trama.
Figura 3: Roda giratòria amb eixos per a la fabricació d'estructures de teixit de tres eixos
Tècniques de processament d'estructures de teixit de fibra
Els principis del teixit de punt per ordit i el teixit de trama s'il·lustren a la figura 4. A les estructures de teixir per ordit, cada agulla del llit de l'agulla s'alimenta contínuament i forma llaços amb el mateix fil d'ordit dins d'un cicle de teixir. Concretament, les agulles A, B, C i D s'alimenten seqüencialment amb el mateix fil d'ordit, donant lloc a una secció de teixit de bucle (E, F, G, H). A les estructures de teixit de trama, dins del mateix cicle de teixit, l'alimentació del fil i la formació de bucles es produeixen a cada agulla de la barra d'agulles. Totes les agulles de la barra d'agulles (A, B, C i D) es superposen individualment per guies de fil de trama separades (E, F, G i H).
Figura 4: Principis de teixir de les estructures de fibres: (superior) teixit de punt; (inferior) teixit de punt
El teixit de trama circular es caracteritza per la producció d'estructures de teixit tubular. No obstant això, el teixit de trama plana ofereix una major flexibilitat a l'hora de construir diversos tipus d'estructures tubulars, com ara tubs individuals, tubs bifurcats i tubs de diverses branques, a causa de la seva capacitat per a la selecció individual d'agulles, la transferència de bucles, el teixit multisistema i l'ús de plomes i premsadors. La figura 5 il·lustra el teixit d'un sol tub amb agulles seleccionades en una màquina de teixir plana informatitzada.
Figura 5: Teixir un sol tub en una màquina de teixir plana informatitzada
El teixit tubular s'aconsegueix teixint alternativament un fil en dos llits d'agulles i transferint el fil d'un llit a l'altre només a les vores per formar un tub. Combinant el teixit tubular amb tècniques de teixit de punt intern, es poden aconseguir diverses variacions d'estructures de punt d'un sol tub.
La tecnologia de teixir intàrsia permet que les màquines de teixir utilitzin múltiples fibres diferents per teixir diferents parts del teixit. Les fibres es poden utilitzar individualment o en combinació. Amb aquesta tècnica es pot formar un únic tub teixint inicialment una certa longitud amb una fibra i després introduint-hi una altra fibra per formar simultàniament dos tubs, donant com a resultat un tub bifurcat. De la mateixa manera, utilitzant més fibres, es poden formar estructures de tubs de diverses branques.
La versatilitat de les màquines de teixir planes informatitzades permet la possibilitat de teixir estructures 3D amb formes més complexes, com ara cúpules, esferes i caixes, tal com es mostra a la figura 6. Un segment de conformació que es repeteix en 2D pot formar una estructura de cúpula de punt (Figura 6(b). )). Aquest segment 2D s'aconsegueix augmentant i disminuint repetidament el nombre d'agulles en acció. Cada segment de conformació representa una operació d'ampliació gradual i, posteriorment, d'estrenyir el teixit. El tipus de segment de conformació afecta l'angle i la relació alçada-base de la cúpula, mentre que el nombre de segments de conformació afecta la forma de la cúpula. En substituir els segments el·líptics de la cúpula per segments triangulars, es pot formar una estructura en forma de caixa.
Figura 6: (a) Cúpula circular, (b) Estructura de cúpula de punt, (c) Esfera de punt, (d) Caixa de punt
Com es mostra a la figura 6 (d), per a les estructures de cúpula, les línies que representen la disminució o l'augment del nombre d'agulles operatives són lineals en lloc de corbes. El tipus de segment de conformació afecta l'angle del cuboide resultant. La relació entre el nombre d'agulles de conformació i les que no formen determina la relació d'aspecte de la caixa obtinguda. La capacitat de canviar el nombre d'agulles de teixir proporciona el major potencial per a les màquines de teixir planes informatitzades per crear diverses formes 3D.
Les estructures d'interval es produeixen mitjançant dos jocs d'agulles en màquines de teixir de trama plana o circular. Les màquines de teixir de trama circular equipades amb un cilindre i un disc poden produir teixits d'interval, on les capes exteriors individuals estan connectades per fibres. Els teixits d'interval a les màquines de teixir de trama circular es creen teixint dos teixits diferents per separat utilitzant el pestell i les agulles del cilindre i, a continuació, connectant les dues capes amb les agulles del pestell i del cilindre (figura 7).
Figura 7: Producció de teixits d'interval en una màquina de teixir de trama circular: (a) Màquina de teixir circular de doble llit; (b) Teixir teixit d'interval en una màquina circular
La distància entre les dues capes de teixit separades es pot ajustar canviant l'alçada de les agulles del pestell respecte al cilindre de la màquina. El gruix preestablert del teixit d'interval d'aquesta manera pot oscil·lar entre 1,5 i 5,5 mil·límetres. De manera semblant a la producció de teixits d'interval a màquines circulars, els teixits d'interval amb capes d'interval de fil es produeixen a màquines de teixir planes formant dues capes de teixit independents a les agulles davantera i posterior i després connectant-les amb tucks a les dues agulles (figura 8).
Figura 8: Producció de teixits d'interval en una màquina de teixir plana informatitzada: (a) Màquina de teixir plana informatitzada; (b) Teixir teixit d'interval en una màquina plana
La distància entre els dos llits d'agulles determina el gruix del teixit d'interval. A diferència de les màquines de teixir de trama circular, la distància entre els dos llits d'agulles a les màquines de teixir de trama plana sol fixar-se en uns 4 mil·límetres. La diferència entre els teixits d'interval de punt de trama i altres tipus de teixits d'interval és que els seus tres elements estructurals bàsics (és a dir, la capa superior, la capa inferior i la capa d'interval) es teixen junts en el mateix cicle de teixit. Els teixits d'interval de punt de trama es produeixen en màquines Raschel de doble agulla, tal com es mostra a la figura 9 (a). Quan les barres de guia 1 i 2 se superposen a la barra de l'agulla frontal i les barres de guia 5 i 6 se superposen a la barra de l'agulla posterior (teixint les capes superior i inferior, respectivament), les barres de guia 3 i 4 se superposen seqüencialment amb el fil d'interval al voltant de les dues barres d'agulla. La figura 9 (b) il·lustra el procés de producció de teixits d'interval en una màquina Raschel RD 6 de barra de doble agulla.
Figura 9: Producció de teixits d'interval en una màquina Raschel de doble barra d'agulles: (a dalt) Il·lustració esquemàtica del principi; (a baix) Diagrama de l'equip