暂时改变柔性元件材料的属性以便于物品的装配的制作方法
【专利说明】暂时改变柔性元件材料的属性以便于物品的装配
[0001]优先权
[0002]本申请要求申请号为61/736796、申请日为2012年12月13日的美国临时专利申请的优先权。
技术领域
[0003]本发明涉及由柔韧的、弹性的或者具有松结构的，难以用机器进行操作的元件组成的物品的制造。
【背景技术】
[0004]柔性材料，例如织物，对机械制造工艺提出了挑战。基于这个理由，主要使用柔性材料的任何产品例如服装产品的工艺制造中，手动组装服装的工人在当前占最重要的位置，可以借助机器执行特殊步骤。
[0005]尽管在服装生产过程中具有大量的自动化流程来执行特殊步骤，例如元件的切害J，或者纽扣、扣眼、口袋等等的添加，为了便于自动化工艺的实施，在大量的步骤中都需要人工参与(例如，将衣物放在夹具上以供机器操作)。这样留下了尚未实现的提高制造效率的机会。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于柔性产品的生产，通过在当前的自动化步骤中建立桥梁，来促进柔性产品的自动化制造的进一步发展。通过暂时改变材料的物理和可视属性来获得此目的，因此在生产过程中更容易操作。
[0007]被此步骤影响的属性为材料的硬度、机械的或物理的标识的外观、材料的密度、材料的空气或液体渗透性、材料的磁场感应、或者材料的粘性。
[0008]可在装配产品前或装配产品的过程中实施此步骤。改变材料的属性可以使制造变得更容易，可以利用适配刚性材料的技术，例如通过机器人夹持及定位、冲压、辊弯成型、压线等等，连同利用传统的用于柔性物品制造的技术，例如缝纫、铆接、熔化等等进行制造。
【附图说明】
[0009]图1为应用层叠的可加热软化的处理剂，通过具有纹理的滚筒进行后续压印，以及通过滚轮钻头对连续的织物进行切割形成元件的例子。
[0010]图2描述了松的大体积的材料穿过喷出溶化的处理剂或溶解着的处理剂的喷嘴的下方。
[0011]图3描述了用处理剂处理过的织物，配置有和附加有各种各样的功能表面特征。
[0012]图4描述了多种不同类型的表面指示符。
[0013]图5描述了使用可加热软化的处理剂处理过的材料成形的机械设备。
[0014]图6描述了一种铰接的装配夹具操作装置。
[0015]图7描述一种针长合规机制。
[0016]图8描述了服装的引导变形和可用于调节缝纫设备相对服装的方位的机械设备。
[0017]图9描述了一种可收缩的外翻框。
[0018]图10描述了一种外翻设备。
[0019]图11描述了最终外翻的一个例子。
【具体实施方式】
[0020]本发明的目的在于柔性产品的生产，以及便于进一步发展柔性产品的自动化制造。
[0021]设计本方法的目的在于服装的自动大量生产，但是也可以应用于可生产各种各样的物品的大量的其他应用，例如包括柔性材料的任何物品，从服装到帆船的帆、到行李箱、帐篷、风筝或者室内家具。
[0022]本技术也可以用于制作合成材料的初期成分，合成材料要求具有编织基底/成分，例如树脂浸渍碳纤或者纤维玻璃成分。
[0023]本方法中的元件可用于任何规模的生产，从手工应用到计算机控制的快速成形技术到连续的全面的全自动工业生产。
[0024]以根据最简单的可能的方式制作和改变柔性材料为目的，本工艺由获得柔性材料及使柔性材料具有临时属性组成，因此构成有助于制造的加工材料。
[0025]对材料属性的增强包括添加可视的或机械的标识，使得工作人员或者具有摄像导引的机器人可以准确地定位材料，添加磁感应材料有助于磁场夹持，使材料的气体或液体的渗透性减弱，以可以通过充气、抽真空或液压方法操作材料，改变材料的密度，或者改变材料的硬度使得材料可以机械形成及操作，可能是最有用的一种应用。
[0026]通过添加处理材料、改变处理材料的环境的变量、或者两者的结合，可使得材料暂时为刚性的。
[0027]这里所提到的处理材料，此处称为处理剂，可应用于织物，以便于后续的装配步骤的实施。处理剂需要满足以下标准:
[0028]当它与织物直接的长期的接触后，甚至经过加热和加压，它是不起化学作用的，不会对正在组装的服装、或者机器及/或正在组装的工人产生有害效果。
[0029]它必须是暂时地与织物黏结，但是移除时必须不损坏织物基底。因此，它必须是在机械上比较容易分离的，或者可溶解于一种不会影响织物基底或者不会与织物基底相互影响的材料。
[0030]它必须是柔韧的和可定位的，可通过明显超过重力的正交力的直接压力和合理的操作力的应用实现，或者可通过后续的加热、溶解、电场或磁场移除实现。在不会发生显著退化的情况下，根据装配过程的要求，它必须能够承受许多种重构的状态。
[0031]它应该是可回收的和可循环利用的，或者若不然就是尽可能为一次性的，需要尽可能少的步骤、尽可能少的能量来安全地移除它。
[0032]可能的处理剂
[0033]这些标准使得多种选项被考虑，因此值得考虑使用各种各样的材料来用作处理剂。可能最直接的一个场景为将水用作处理剂，将温度作为一种控制它的硬度的方法。织物可以浸入水里被冻结，以及在机器的操作下使部分织物沿着预期的折线向前移动、弯折、再次冻结等等。临近制造流程的结束时，水最终可以通过蒸发移除。
[0034]使用常见的水溶解材料例如食用盐或淀粉，可以预见类似的简单的场景。织物可用这两种材料的任何一种材料产生的高浓度溶液进行处理，允许织物变干和变硬。沿着折线可用少量的合适的溶液(在这个例子中溶液为水)对织物进行处理，允许或支持织物再硬化。通过使用合适的溶液进行清洗，在这个例子中溶液再次为水，在装配结束时可移除处理剂。
[0035]另一种类型的处理剂为在室温或接近室温时可以熔化的热塑性材料。多种有机或非有机蜡状物及自然的和合成的聚合物具有这种性质。可以将它们应用于织物，然后沿着折线轻微加热和软化它们。在装配完后，可通过水和表面活性剂、合适的溶剂、或者两者的一些结合对塑料进行清洗。
[0036]一种所需的但是非关键的处理剂的特性在于在室温下具有一定程度的持久的柔韧性，因此可以变形成一片并且保持这种形状。例如，涂有粘合剂的可与织物黏合的金属箔薄片可用于此目的。在装配完毕后可通过电解或者化学溶解来形成、处理及移除它。也通过溶液移除将金属与织物黏结的粘合剂。
[0037]除了目前为止讨论的实用的处理剂，还有大量其他实用性不足但仍是可以想得到的可以应用的材料可用于此目的:具有磁场感应能力的铁磁流体可用于包覆织物。可替换地，流凝或非牛顿流体，例如通过机械应力的应用粘性显著增加的玉米淀粉和水，可以被应用及在机械力或者声场的作用下被锁定为一种形状，允许形成的服装元件在短时间内可保持元件形状，或者至少可限制形变程度。这些例子可能过于复杂以及看起来不可能使用，但仍然可以对可被考虑用作处理剂的材料范围进行说明。
[0038]聚乙烯醇
[0039]目前为止考虑的可用作处理剂的材料中，聚乙烯醇是最佳的候选者。当被应用于合适的织物时，它满足上述提到的所有标准。它是一种水溶解热塑性塑料，在工业上可大量获得。事实上，在织物制造工艺中作为上浆剂已经被广泛使用。扮演这个角色的进一步的优点在于，在制造工艺即将结束时，它可以被完全回收，以及以后可以被重新使用。(Gupta, 2009)
[0040]为了简化讨论，文件的其他部分都认定聚乙烯醇被用作硬化剂。对于形成粘结的处理剂和织物的步骤，将聚乙烯醇加热、成形，以及允许或支持冷却聚乙烯醇。对于其他材料，使用它们相应的操作工艺。
[0041]处理剂应用
[0042]通过滚轮将处理剂如薄膜一样层叠于织物的表面，或者如处于溶化或溶解着的液体一样将处理剂直接沉积在织物上。使用预制膜的优点在于它的制造是与后续的装配步骤分离的，不需要与整个操作排配、纺织原料进入速度或者可变的切割速度同步，在可避免从熔融状态或溶剂蒸发至冷却的延迟的情况下，它可以被应用及几乎可以被立即使用。
[0043]图1示意了应用层叠的可加热软化的处理剂的一个例子。柔软的织物(2)穿过处理剂(I)下方时可在织物(2)上形成一层薄的处理剂(I)。在通过滚筒将软化的处理剂按压至织物表面之前，通过加热源软化处理剂。滚筒可以为扁平滚筒(3)，产生均匀的叠层，或者为有纹理的滚筒(4)，产生有纹理的表面。
[0044]直接将处理剂沉积在织物上面的优点在于它是符合逻辑的、有效利用能量的，以及把在制造工艺中需要被执行和监控的步骤和机制的数量减至最小。然而，缺陷在于增加了技术复杂度，原因在于这种机制应用必须与织物进入速度完全同步以确保连续的均匀的涂覆。
[0045]对于大多数应用，在织物上涂覆一层或多层塑料薄膜是较佳地选择。然而，在要求的情况下，通过幕式淋涂、印刷、喷射或者浸泡可将塑料以熔化或溶解状态置于薄膜上。通过施加适度的加热和压力将呈粉末固体形状的塑料添加至织物并与织物熔结在一起。
[0046]用塑料对织物进行处理时或之前，织物基底的张力需要被监测和控制以防止完全形变。织物可以被有意地拉伸至需要的张力或者保持它们的中性的静止张力，需要的张力一直被保持直至织物和层叠的塑料完全冷却。
[0047]因为应用塑料可能会破坏材料原始的美观和触感特性，例如它的触感、光泽等等。装配过程应该被设计，使得塑料表面不在完成的服装的外面。可替换地，当处理剂被移除后，在完成装配后，可以应用为了实现这些特性的织物处理。
[0048]经过这个过程的处理后，产品的各个元件由材料片构成。然后它们可以被装配并连接在一起。可以通过利用现存的织物连接和形成技术，例如缝纫、卷边、熔化、铆接、粘合、打褶、省位等等，对装配或部分装配的服装进行操作。
[0049]非扁平元件上的处理剂应用
[0050]之前的例子都认定脱离滚筒进入制造工艺的织物为扁平的。尽管这是常态，但是存在一些情况，在这些情况中，处理剂应用于非扁平元件，特别是应用于连接至针织元件的针织服装元件，例如衬衫袖口、衬衫领或者用于有领t恤的领子。
[0051]在这种场景下，处理剂必须按照一种不同于早先描述的方式应用于三维元件。针织元件放置在具有类似于它们所需的形状的心轴上，然后用处理剂包裹、浸泡或者溅镀。处理剂允许变硬，之后元件可以进入装配工艺。
[0052]一旦将元件连接，临时属性被移除，留下完整的产品。
[0053]处理剂回收
[0054]如果可能