基于3D 打印技术的服装设计探析

2012 年，中国科学院白春礼院长及中国工程院周济院长领衔制定了中国增材制造发展战略相关建议报告；2013 年11 月，工业和信息化部为加快推动3D 打印制造技术的研发和产业化，酝酿顶层设计和统筹规划；2014 年，科技部组织专家对我国3D 打印制造技术发展战略进行了更加深入的研究，形成符合《关于我国3D 打印技术科技发展战略的初步考虑》的思路，3D 打印国家战略呼之欲出。
在服装领域，2013 年秋冬巴黎高级定制时装周上，荷兰新锐服装设计师艾里斯•范•赫本（Iris van Herpen）和比利时设计师以赛亚•布洛赫（Isaie Bloch）推出了“疯狂的镶嵌（Wilderness Embodied）”系列时装，由比利时Materialise 公司利用3D 打印技术生产，实现了常规面料无法完成的概念。（图1）3D打印技术正在颠覆传统的服装设计，它将复杂的服装结构绘制在虚拟的人体模型上，并创造出更多的细节。同时，可以把跨学科的知识运用到服装设计中，通过3D 打印技术将灵感变成现实。

一、3D 打印的服装
3D 打印技术（Three-Dimensional Printing Technology）即快速成型技术的一种。它是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品, 被誉为第三次工业革命最具标志性的生产工具。
2010 年7 月在阿姆斯特丹时装周上，赫本首次发布了以3D 打印方式创作的“结晶”主题时装（图2），3D 打印由此跨入时尚设计界。在2011 年初的巴黎时装周上，赫本推出的“空想”系列（图3），双翼般上翘的肩部轮廓以及海洋生物般的褶皱让人见识到了真正立体的服装；7 月的巴黎高级时装展上的“跳跃”系列，“白色骨骸装”（图4）让冰冷的骨架贴合人体曲线，玻璃镜片和如蛇一样的金属管摇身一变成为最美丽的配饰及裙衫（图5）。2012 年春夏高级订制秀上，赫本以名著《海底两万里》为灵感，用她最擅长的立体感设计完成螺旋几何线条来模拟海洋生物的形态，如定格凝固的海水（图6），反射出耀眼的光泽。
生物材料在3D 打印技术上的应用，使与人体接触的服装具有生物活性。伦敦设计师和研究人员开发了一款能在一夜之间自我修复的跑鞋Protocells Trainers（图7），基于原细胞(Protocell) 原理开发，然后使用3D 打印技术根据使用者脚的确切值量身设计制作，能够对压力、运动、光或热产生反应，犹如穿着者的皮肤一样贴身、舒适，且具有自动修复损伤功能。艾里斯•范•赫本2013 春夏高级定制秀发布的3D 打印系列“电压（Voltage）”，获得2013 年荷兰设计大奖，其设计作品仍具细腻复杂的立体造型，且穿着舒适，易于清洗（图8）。
未来的3D 打印服装产品随着打印技术和打印材料的不断更新，服用性能也会日趋完善，并满足不同的着装功能。把跨学科的知识运用到服装设计中，通过3D 打印技术将灵感变成现实，是服装基于科技的创新设计方式。3D 打印服装实际就是结合服装CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）技术、VR 技术（Virtual Reality，虚拟现实技术）和快速凝固激光材料等3D 打印特性，进行的服装设计创新[1]。在这个设计创新过程中，要求设计师既要尊重传统理念，也要有颠覆性的构思和立体造型意识，同时要具备多方面的知识和驾驭最新生产技术的能力。

二、3D 打印与服装设计流程
服装设计就是基于创意与市场进行设计素材的收集，然后进入设计、生产和流通过程。传统的设计过程从手工效果图开始，由设计总监或设计团队进行设计图的评审，进入定稿阶段，然后进行市场容量的估计，进行生产，最后进入市场进行流通。其中，造型设计过程[2]需要大量试制材料（如纸张、坯布、面辅料纱卡等）和工具（如台案、刀剪、缝纫机等），生产过程需要购置大量的面辅料，通过材料切割机形成样片，通过缝制设备进行样片缝合，通过整烫设备进行成衣塑形，即使由服装CAD/CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造) 介入，但缝制和整烫过程还是不能摆脱手工作业。
3D 打印技术应用到服装设计整个过程，使服装的构思与实现形成了统一，使服装的设计流程和各环节实现了数据共享，在成衣产生之前没有任何的材料消耗，也可实现量产。快速成型技术无需专用的模腔或夹具，实体的形状和结构也相应不受任何约束，它用逐层变化的截面来制造三维形体，在制造每一层片时都和前一层自动实现连接，使制造成本完全与批量无关，既增加了成形工艺的柔性，又节省了制造过程和专用工具的大量成本。2011年6 月6 日，CONTINUUM FASHION AND SHAPEWAYS 公司发布了全球第一款3D 打印的比基尼。将“串连”、“大小圆点”等设计元素，放入名为N12 的全球首款量产的3D 打印比基尼中（图9），让它能够更服贴于人体线条，不再受限于传统罩杯结构的设计与剪裁。
3D 打印技术应用到服装设计整个过程，还拓宽了制造理念和技术的应用领域。通过虚拟现实技术，对服装中复杂数据进行可视化操作与交互，产生计算机模型图形图像，与数字化成形技术结合，生产二维图形进行原始材料生成，也可通过快速凝固激光材料制备与成形技术生成服装三维实物。2013 年3 月4 日，具有“缪斯女神”之称的蒂塔•万提斯在曼哈顿出席一个私人走秀活动时身着的一身尼龙网格礼服，就是世界上第一件完全由3D 打印技术制作的服装（图10）。该款礼服首先利用万提斯提供的尺寸设计出了一个3D 模型，再根据Schmidt 画的草图，用Maya 画出图样，运用Rhino 软件将2633 个独立的环或线相连接，由EOSP350 激光3D 打印的17 个部分手工拼接而成。

三、3D 打印与服装行业模式
服装传统的流通过程是消费者根据实体店成衣和网络成衣实物图片进行选购，这也是服装行业库存高的根本性原因。在自然资源愈发匮乏的现状下，服装传统的供应链模式可以通过3D 打印技术在服装全产业链的应用，改变服装的流通模式。服装的对象化订制和服装企业的零库存将成为服装行业的新模式，而且此模式与企业规模的大小没有直接的关系，使服装行业的权杖真正属于服装设计师。
在技术层面，通过三维扫描仪，使得对人体和固态实体利用计算机技术实现的数字化定制成为可能。可以针对传统数字化设计模式中与客户交流以及客户需求变化快的问题，利用对象模型到对象关系型数据库的映射理论，完成对象关系型人体及固态实体信息数据库的模型建立，最后完成其物理实现。2013 年2 月23 日，Nike 公司在新秀训练营对外展示了首款针对美式橄榄球运动员而设计的3D 打印技术运动鞋鞋底——Nike Vapor Laser Talon（图11），其重量只有28.3 克，其抓地力优秀，还能延长运动员最原始驱动状态的持续时间，赋予运动员更快速度和更大力量。
完成基于网络环境的客户与设计单位协同合作的定制模式，能够通过电子销售平台进行批量和单一数字化定制，实现数字化定制经济。最终的服装实物依托全数字化的流程完成，此服装具有了独立的电子身份，3D 打印的提供商可以全程跟踪服装的流向，继续建立服装的回收系统，使服装的回收成为可能，服装的成本会大大降低。

结语
李克强总理在2014 年“两会”报告提出“推进创新驱动，发展实施知识、技术创新等工程，开展先进制造”后，3 月20 日文化部发布了关于贯彻落实《国务院关于推进文化创意和设计服务与相关产业融合发展的若干意见》的实施意见。3D 打印技术是新时期先进制造和现代服务业核心技术之一和发展方向。基于3D 打印技术前续的服装设计技术、跨界设计、设计资源整合会更加容易。通过“智能云网”的智能计算服务，使用逐渐普及的家用3D 打印设备，使消费者真正成为供应链的主导，形成smart fashion 到smart life 的生活模式。当然，前提就是我们在人体与服装之间的各个环节的技术进行无缝衔接。三维扫描、三维设计和3D 打印等各项技术在服装设计上的研究与应用是必然趋势，也是实现衣为人体服务最高境界的必经之路。预计在打印材料上持续扩展并实现4D打印（智能材料与结构）及5D 打印（生物材料与活性器官制造）的出现，将使具有生物性能的“即想即所穿”成为现实。

* 基金项目：中央高校基本业务费专项资金资助项目（XDJK2010C010）、（XDJK2014A011），重庆市自然科学基金项目（cstc2011jjA70001）
注释：
[1] Jose Antonio Guerrero: New Fashion and Design Technologies, A&C Black Publishers, London, 2010,p.148。
[2] 周莉、张龙琳：《立体裁剪》，哈尔滨工程大学出版社，2010，第8 页。

参考文献：
[1] Leeble：“3D 打印服装”，《设计》，2012.03，第152-153 页。
[2] Jose Antonio Guerrero, New Fashion and Design Technologies , A&C Black Publishers, London, 2010。
[3] http://www.dezeen.com/?s=3D+printing+fashion。
[4] 蒋娟芬：“基于二维手绘图的虚拟服装三维同构造型的实现方法”，东华大学博士学位论文，2012。