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)

1 鉤編機的優(yōu)點

與針織或機織技術(shù)不同，在織物的鉤編過程中，只能“打開”一個線圈(針跡)。因此，鉤編過程中不會出現(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，織物便不會出現(xiàn)脫散現(xiàn)象。相反，針織過程中，最后一行線圈始終在織針上保持“打開”狀態(tài)。為了不使任何線圈脫散，必須對所有線圈進行成圈過程中的脫圈動作(或從機器上卸下后進行縫制)。

鉤編可以形成各種三維形狀織物。一方面，通過將針頭反復(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，這在針織機上只能部分實現(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(機械或手動)從機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)改變每個線圈高度的能力。通過單鉤針到多鉤針的使用可制備比針織機編織花樣更多的產(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，可實現(xiàn)其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，鉤編機的發(fā)展可開拓紡織技術(shù)新領(lǐng)域，生產(chǎn)更多的新型鉤編機產(chǎn)品。

2 鉤編原型機

本文所述鉤編機目前正在申請專利(DE 10 2016 015 204 A1，WO 2018/114025 A1)。這一自動化鉤編機的模型主要用于展示其基本功能，無需優(yōu)化其工作速度。

項目首先開發(fā)了鉤編原型機的電子和機械組件。所需的機械組件是自制的，其中許多零件為3D打印制成，鉤編機的針床采用有機玻璃經(jīng)激光切割機制成，如圖1所示。從技術(shù)角度來看，該鉤編機是橫機的機械構(gòu)造與電機控制的數(shù)控銑床的有機結(jié)合。鉤編機的控制系統(tǒng)通過開源軟件編程控制實現(xiàn)。

圖1 3D打印的線性電機支架和激光切割的有機玻璃針床

經(jīng)過整體組裝和調(diào)試，完成了第一個鉤編機機械原型。機器的測試運行從手動開始，然后進入自動操作模式，對優(yōu)化后的鉤編機運行速度進行了測試。圖2為完整的鉤編機原型，目前該原型機已經(jīng)進行了優(yōu)化改善，并擴展了其使用功能。

圖2 原型鉤編機

3 鉤編原型機的功能

為了演示，鉤編原型機的工作過程可通過計算機逐步控制執(zhí)行，也可自動鉤編幾針。從計算機到鉤編機的傳輸命令是通過UGS(通用G代碼發(fā)送器)執(zhí)行的。在鉤編機上，這些G代碼由Arduino硬件在開源軟件grbl上編寫，該軟件也常用于數(shù)控銑削或其他機器。

鉤編運動序列包括4個軸，由一個特殊的舌針執(zhí)行實際的鉤編過程，而針床中的其他常規(guī)舌針用于確定線圈位置。通過這種方式，避免了將特殊舌針插入鉤針編織位置而引起更復(fù)雜的視覺誤差。鉤編機的整個運動過程及分解步驟在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

項目研究并開發(fā)了基于專利申請的鉤編機的原型。該原型是可實現(xiàn)自動鉤編的機器的首次展示。在后期的項目計劃中，將對該機型進行進一步開發(fā)，以作為實驗室用機器，從而實現(xiàn)鉤編織物的小規(guī)?；头€(wěn)定化生產(chǎn)。此外，通過優(yōu)化鉤編機的結(jié)構(gòu)和運動順序，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。