本發(fā)明屬于制造織造紡織產(chǎn)品的，并且更特別地，涉及用于編織諸如衣物的中空紡織產(chǎn)品的圓織機(jī)。關(guān)于聯(lián)邦資助研發(fā)的聲明本發(fā)明是在由美國國家科學(xué)基金會(huì)授予的基金號(hào)1831088的政府支持下完成的。美國政府在本發(fā)明中擁有某些權(quán)利。

背景技術(shù)：

1、隨著時(shí)間的推移，紡織品和服裝的生產(chǎn)幾乎沒有變化。服裝大體上是大批量生產(chǎn)的，儲(chǔ)存在倉庫中，并然后運(yùn)輸?shù)椒b店以進(jìn)行展示。每種類型的服裝必須儲(chǔ)存和展示許多不同尺寸，以適合在服裝店購物的各種人的不同體型。衣服制造商和銷售商簡(jiǎn)單地估計(jì)每種尺寸的衣服將售出多少件，并生產(chǎn)該數(shù)量的衣服。衣服的儲(chǔ)存具有相關(guān)聯(lián)的成本，并且當(dāng)制造商生產(chǎn)錯(cuò)誤數(shù)量的衣服時(shí)，由于缺乏期望尺寸的衣服而導(dǎo)致銷售損失，并且衣服的多余庫存可能仍未售出。多余庫存通常被丟棄在垃圾填埋場(chǎng)或被焚燒，造成嚴(yán)重的環(huán)境危害。

2、織造紡織品相比針織紡織品具有若干優(yōu)點(diǎn)。例如，織造紡織品傾向于不伸展變形。織造紡織品也傾向于更薄。此外，織造紡織品更輕，因?yàn)楦采w相同面積需要更少的紗線。然而，織造紡織品相對(duì)于針織紡織品的一個(gè)缺點(diǎn)是，創(chuàng)建三維最終織造產(chǎn)品通常需要將若干有區(qū)別的織造紡織品片縫合在一起。多年來，制造商依靠“裁剪和縫紉”技術(shù)生產(chǎn)衣服?？椩旆b的生產(chǎn)涉及編織原始織物片、將織物片裁剪成裁片以及將裁片縫紉成三維服裝的多步驟過程。將兩種有區(qū)別的織造紡織品縫合在一起形成接縫。在產(chǎn)品改變尺寸或添加新部件的情況下，典型地需要不同的有區(qū)別的織造紡織品以及因此的接縫。

3、當(dāng)將不同的織物片裁剪和縫紉在一起時(shí)，會(huì)浪費(fèi)一定量的織物。通常至少15％的平織造織物在裁剪操作期間被丟棄。另外，裁剪和縫紉織物典型地是昂貴的手工過程?？紤]到這一點(diǎn)，在服裝制造業(yè)中制造無縫服裝具有優(yōu)勢(shì)，以便降低材料成本和人工成本兩者，并利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

4、為了解決這些問題中的一些，已經(jīng)開發(fā)出可快速地生產(chǎn)衣服的圓織機(jī)。例如，以引用的方式并入本文中的美國專利申請(qǐng)公開第us2016/0281277號(hào)描述了用于創(chuàng)建三維織造紡織產(chǎn)品的技術(shù)。所公開的三維編織技術(shù)可用于創(chuàng)建各種紡織產(chǎn)品。然而，目前的圓織機(jī)設(shè)計(jì)成以固定的輸出尺寸編織，即織機(jī)以恒定的直徑生產(chǎn)編織管。圓織機(jī)可重新構(gòu)造成以不同的直徑編織，但是這涉及對(duì)機(jī)器重新穿線以及物理地替換若干部件。由于這種限制，當(dāng)前的圓織機(jī)不能連續(xù)地編織具有變化直徑的織物，并且圓形編織在商業(yè)上被限制為恒定直徑的織造輸出。

5、美國專利申請(qǐng)公開第us2020/0048799號(hào)(其也以引用的方式并入本文中)公開了一種用于生產(chǎn)在三個(gè)維度中的每個(gè)維度上可變的無縫織造材料的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法大體上通過改變綜絲位置以賦予織造織物三維結(jié)構(gòu)來操作。將緯紗紗線編織到成組的經(jīng)紗紗線中，該成組的經(jīng)紗紗線已經(jīng)沿著特定的截面單獨(dú)地升高或降低，基本上將編織物鎖定成預(yù)期的3維形式。然而，這樣的布置在制造期間不能容易地改變。另外，這樣的布置是復(fù)雜和昂貴的，因?yàn)樵摬贾靡竺總€(gè)單獨(dú)的綜絲具有馬達(dá)和/或致動(dòng)器。

6、因此，需要一種系統(tǒng)和方法，其可有效地制造具有有改進(jìn)的結(jié)構(gòu)性能的三維結(jié)構(gòu)并且具有減少的材料的不規(guī)則形狀的織造織物。更具體地，需要形成沿著其長度具有變化直徑的服裝的部分，從而允許在相同機(jī)器上生產(chǎn)各種尺寸或者甚至適合個(gè)體的獨(dú)特的身體幾何形狀?？紤]到上述情況，在一個(gè)方面，本領(lǐng)域中仍然存在有對(duì)按需生產(chǎn)服裝以消除浪費(fèi)的方法的需要。具有連續(xù)變化直徑的完整服裝或甚至服裝的部分的直接三維編織將減少來自裁剪過程的裁剪廢料。服裝的直接三維編織也將減少來自多余庫存的浪費(fèi)。還存在有對(duì)消除來自裁剪圖案的浪費(fèi)并減少與裁剪和縫紉生產(chǎn)相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)時(shí)間和其它成本的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)一種用于連續(xù)地編織具有變化直徑的織物產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法，該織物產(chǎn)品為諸如衣服、紡織品或甚至諸如復(fù)合結(jié)構(gòu)、可充氣結(jié)構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備、消防軟管或袋子的各式各樣的物品。利用包括可變直徑的編織環(huán)的織機(jī)進(jìn)行編織，該可變直徑的編織環(huán)具有在衣服的生產(chǎn)期間改變的直徑。單獨(dú)的綜絲被組裝成組以形成綜絲單元。采用獨(dú)立致動(dòng)的綜絲單元來進(jìn)一步控制編織過程。綜絲單元中的每個(gè)包括用于使綜絲單元移動(dòng)的致動(dòng)器。備選地，綜絲單元由機(jī)械凸輪或聯(lián)動(dòng)裝置系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。綜絲單元是模塊化的，并且每個(gè)綜絲單元可根據(jù)修理或其它原因的需要進(jìn)行替換。梭子設(shè)置有支撐緯紗紗線的筒管和附接到每個(gè)梭子的緯紗引入臂。

2、為了補(bǔ)償編織環(huán)的變化的尺寸，緯紗引入臂構(gòu)造成響應(yīng)于編織環(huán)的變化的直徑而徑向地向內(nèi)和向外移動(dòng)。調(diào)節(jié)單元或系統(tǒng)構(gòu)造成調(diào)節(jié)緯紗引入臂的位置。該系統(tǒng)包括用于支撐引入臂的線性導(dǎo)軌和用于使緯紗引入臂沿著導(dǎo)軌移動(dòng)的致動(dòng)器。臂的一個(gè)端部支撐在梭子上，并且臂的另一端部支撐孔眼。緯紗從筒管延伸到檢測(cè)緯紗斷裂的傳感器。緯紗紗線穿過傳感器延伸到引入臂中的孔眼。這種布置允許在經(jīng)紗紗線與編織環(huán)相遇的地方引入緯紗，并提供改進(jìn)的連續(xù)可變編織。優(yōu)選地，傳感器是支撐緯紗紗線的彈簧偏置機(jī)構(gòu)。緯紗抵靠傳感器中的彈簧偏置機(jī)構(gòu)施加壓力。如果緯紗紗線斷裂，則彈簧偏置機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并激活傳感器。

3、在備選實(shí)施例中，緯紗引入臂優(yōu)選地以非徑向和/或至少非線性的軌跡移動(dòng)。例如，可使用轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的組合來實(shí)現(xiàn)類似的期望運(yùn)動(dòng)輪廓。存在各種直線機(jī)構(gòu)可采用來實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。在這些備選實(shí)施例中，緯紗引入點(diǎn)(即引入臂的末端)仍然以有效的徑向方式移動(dòng)，但是臂本身可采取另一種軌跡。

4、結(jié)合編織環(huán)的調(diào)節(jié)，綜絲單元必須動(dòng)態(tài)地改變編織圖案以適應(yīng)變化的編織直徑。每次緯紗線穿越經(jīng)紗線時(shí)，將織物長度的增量的量添加到織造輸出的總周長。通過交替綜絲單元的編織圖案，可以以與編織環(huán)的調(diào)節(jié)相協(xié)調(diào)地減小織造輸出的總周長的方式改變緯紗交叉的數(shù)量。常見的編織圖案包括2×1斜紋、3×1斜紋和4×2斜紋，盡管經(jīng)紗線的任何任意布置都是可能的。具體地，具有更多緯紗交叉的2×1斜紋編織適合于較大直徑的輸出，具有更少緯紗交叉的3×1斜紋編織適合于中等直徑的輸出，并且具有甚至更少的緯紗交叉的4×2斜紋編織適合于小直徑的輸出。

5、可變直徑的編織環(huán)優(yōu)選地由柔性尼龍帶制成。柔性帶的一部分放置成圓形以形成可變直徑的編織環(huán)，而柔性帶的另一部分延伸超出環(huán)并儲(chǔ)存在卷取機(jī)構(gòu)(take-upmechanism)上。優(yōu)選地，織機(jī)具有用于支撐可變直徑的編織環(huán)的多個(gè)支撐臂。每個(gè)臂包括可樞轉(zhuǎn)地安裝的引導(dǎo)件，該引導(dǎo)件構(gòu)造成可滑動(dòng)地支撐可變直徑的編織環(huán)。更具體地，每個(gè)引導(dǎo)件優(yōu)選地包括兩個(gè)指狀物，該兩個(gè)指狀物構(gòu)造成在其間可滑動(dòng)地支撐可變直徑的編織環(huán)。其它支撐構(gòu)造也是優(yōu)選的，包括輥、混合式輥-指狀鉗和單一指狀鉗。通過使支撐臂徑向地向外移動(dòng)并使一些柔性帶從卷取機(jī)構(gòu)移動(dòng)來增加編織環(huán)的直徑。臂被安裝成用于同步運(yùn)動(dòng)，以便允許臂同時(shí)徑向地向外移動(dòng)，并確保編織環(huán)在環(huán)擴(kuò)大其直徑時(shí)維持圓形形狀。

6、在操作中，將經(jīng)紗紗線拉出儲(chǔ)存筒管并帶到綜絲上。當(dāng)經(jīng)紗紗線與緯紗紗線編織時(shí)，單獨(dú)地致動(dòng)綜絲以控制經(jīng)紗紗線。經(jīng)紗紗線由綜絲從上位置切換到下位置。經(jīng)紗紗線從處于上位置的綜絲到編織環(huán)所遵循的線和經(jīng)紗紗線從處于下位置的綜絲到編織環(huán)所遵循的線限定經(jīng)紗梭口。在編織期間，梭子帶緯紗紗線穿過經(jīng)紗梭口，并且綜絲在上位置和下位置之間切換，從而導(dǎo)致將緯紗紗線編織到經(jīng)紗紗線中。利用圓織機(jī)連續(xù)地編織織物包括：改變編織環(huán)的直徑，同時(shí)以同步的方式移動(dòng)支撐臂并改變綜絲編織圖案；以及將形成環(huán)的柔性材料的部分移動(dòng)到卷取機(jī)構(gòu)或從卷取機(jī)構(gòu)移動(dòng)。如上文所指出的，為了補(bǔ)償編織環(huán)的變化的直徑，編織還包括沿著每個(gè)梭子上的線性導(dǎo)軌系統(tǒng)調(diào)節(jié)緯紗引入臂的位置。

7、這種整體方法允許連續(xù)地編織其直徑沿著輸出的長度變化的織物，從而使得能夠直接編織服裝部件(即，單條褲腿、襯衫袖子、連衣裙等)。該系統(tǒng)還可用于產(chǎn)生分叉輸出，這將允許直接編織完整的服裝。這種紡織品制造的方法類似于3d打印。

8、當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，從優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的另外的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加容易地顯而易見，在附圖中，相似的附圖標(biāo)記指代若干視圖中的對(duì)應(yīng)部分。