Técnicas de procesamiento de estructuras de tejido de fibras.
El tejido 2D tradicional implica el entrelazado de hilos de urdimbre y trama en un telar o máquina de tejer de brazos múltiples para crear estructuras de tejido liso, de sarga y satinado. El proceso de tejido consta de cinco acciones básicas: desprender, recoger, golpear, recoger y soltar. Hay varias técnicas de muda disponibles, como lanzadera, estoque y chorro de aire. El proceso de tejido 2D de una sola capa también se puede aplicar para tejer ciertas estructuras tejidas 3D, incluidas estructuras ortogonales 3D y de interbloqueo en ángulo, estructuras espaciadoras huecas 3D con capas intermedias de tela y estructuras de panal, estructuras de concha 3D y estructuras de nodos 3D. La Figura 1 ilustra los principios de tejido 2D para fabricar estructuras tejidas con interbloqueo de ángulos tanto 2D como 3D convencionales.
Figura 1: Principios de tejido 2D para estructuras tejidas 2D y 3D
Si bien se pueden utilizar técnicas tradicionales de tejido 2D para producir diversas estructuras tejidas sólidas en 3D, la dimensión del espesor es limitada. Por este motivo, se han desarrollado máquinas de tejer 3D especializadas para fabricar tejidos tejidos en 3D. Una de las primeras máquinas desarrolladas en el extranjero es un telar especial que se utiliza para producir estructuras ortogonales con hilos X, Y y Z, como se muestra en la Figura 2.
Figura 2: Telar 3D especializado para fabricar estructuras ortogonales 3D
En el proceso de tejido, las fibras en la dirección Z permanecen estacionarias mientras que las fibras X se insertan primero y se golpean en la posición apropiada, seguido de la inserción y el golpe de las fibras Y en sus posiciones respectivas. Esta operación se repite para generar una estructura compacta hasta alcanzar la altura deseada, dando como resultado una estructura de sección transversal rectangular 3D. Posteriormente, se desarrolló en el extranjero una máquina de tejer 3D con funcionamiento de doble apertura. Este sistema de apertura permite que los hilos de urdimbre se entrelacen con los hilos de trama tanto en sentido horizontal como vertical. Esta técnica especial de tejido 3D también puede producir directamente materiales moldeados tejidos, proporcionando la máxima integridad estructural incluso cuando la tela se corta o daña.
La fabricación de estructuras de tejido de tres ejes se logra mediante la integración de técnicas tradicionales de tejido 2D y de tejido automatizado. En la figura 2.28 se muestra una típica máquina de tejer de tres ejes, diseñada por Dow y fabricada por Barber-Colman. Este equipo utiliza una rueda giratoria con husillos para colocar los hilos de urdimbre y emplea un borde de estoque para crear una calada para la inserción de los hilos de trama.
Figura 3: Rueda giratoria con husillos para fabricar estructuras de tejido de tres ejes.
Técnicas de procesamiento de estructuras de tejido de fibras.
Los principios del tejido por urdimbre y del tejido por trama se ilustran en la Figura 4. En las estructuras de tejido por urdimbre, cada aguja en la plancha de agujas alimenta y forma continuamente bucles con el mismo hilo de urdimbre dentro de un ciclo de tejido. Específicamente, las agujas A, B, C y D se alimentan secuencialmente con el mismo hilo de urdimbre, lo que da como resultado una sección de tela en bucle (E, F, G, H). En las estructuras de tejido de trama, dentro del mismo ciclo de tejido, la alimentación del hilo y la formación de bucles se producen en cada aguja de la barra de agujas. Todas las agujas de la barra de agujas (A, B, C y D) están superpuestas individualmente mediante guías de hilo de trama separadas (E, F, G y H).
Figura 4: Principios de tejido de estructuras de fibras: (arriba) tejido por urdimbre; (abajo) tejido de trama
El tejido de trama circular se caracteriza por la producción de estructuras de tejido tubular. Sin embargo, el tejido de trama plana ofrece una mayor flexibilidad en la construcción de varios tipos de estructuras tubulares, incluidos tubos simples, tubos bifurcados y tubos de múltiples ramas, debido a su capacidad para la selección individual de agujas, transferencia de bucles, tejido multisistema y el uso de platinas y prensadores. La Figura 5 ilustra el tejido de un solo tubo usando agujas seleccionadas en una máquina de tejer plana computarizada.
Figura 5: Tejido de un solo tubo en una máquina de tejer plana computarizada
El tejido tubular se logra tejiendo alternativamente un hilo en dos lechos de agujas y transfiriendo el hilo de un lecho a otro solo en los bordes para formar un tubo. Combinando el tejido tubular con técnicas de tejido interno, se pueden lograr diversas variaciones de estructuras de tejido de un solo tubo.
La tecnología de tejido de intarsia permite que las máquinas de tejer utilicen múltiples fibras diferentes para tejer diferentes partes de la tela. Las fibras se pueden utilizar individualmente o en combinación. Con esta técnica, se puede formar un solo tubo tejiendo inicialmente una cierta longitud con una fibra y luego introduciendo otra fibra para formar simultáneamente dos tubos, lo que da como resultado un tubo bifurcado. De manera similar, usando más fibras, se pueden formar estructuras tubulares de múltiples ramas.
La versatilidad de las máquinas de tejer planas computarizadas permite la posibilidad de tejer estructuras 3D con formas más complejas, como cúpulas, esferas y cajas, como se muestra en la Figura 6. Un segmento de forma repetido 2D puede formar una estructura de cúpula tejida (Figura 6(b )). Este segmento 2D se logra aumentando y disminuyendo repetidamente el número de agujas en acción. Cada segmento de conformación representa una operación de ensanchamiento gradual y luego estrechamiento del tejido. El tipo de segmento de conformación afecta el ángulo y la relación altura-base de la cúpula, mientras que el número de segmentos de conformación afecta la forma de la cúpula. Reemplazando los segmentos elípticos de la cúpula con segmentos triangulares, se puede formar una estructura en forma de caja.
Figura 6: (a) Cúpula circular, (b) Estructura de cúpula tejida, (c) Esfera tejida, (d) Caja tejida
Como se muestra en la Figura 6 (d), para las estructuras de cúpula, las líneas que representan la disminución o el aumento en el número de agujas operativas son lineales en lugar de curvas. El tipo de segmento de conformación influye en el ángulo del cuboide resultante. La relación entre el número de agujas que dan forma y las que no dan forma determina la relación de aspecto de la caja obtenida. La capacidad de cambiar el número de agujas de tejer proporciona el mayor potencial para que las máquinas de tejer planas computarizadas creen varias formas en 3D.
Las estructuras de intervalo se producen utilizando dos juegos de agujas en máquinas circulares, de trama plana o de urdimbre. Las máquinas de tejer de trama circular equipadas con un cilindro y un disco pueden producir tejidos intermedios, en los que las capas exteriores individuales están unidas por fibras. Las telas de intervalo en máquinas de tejer de trama circular se crean tejiendo dos telas diferentes por separado usando las agujas cilíndricas y de pestillo, y luego conectando las dos capas con pliegues en las agujas cilíndricas y de pestillo (Figura 7).
Figura 7: Producción de tejidos intermedios en una máquina de tejer de trama circular: (a) Máquina de tejer circular de doble lecho; (b) Tejido de intervalo de tejido en una máquina circular
La distancia entre las dos capas de tela separadas se puede ajustar cambiando la altura de las agujas del pestillo en relación con el cilindro de la máquina. El espesor preestablecido del tejido intermedio de esta manera puede oscilar entre 1,5 y 5,5 milímetros. De manera similar a la producción de telas de intervalo en máquinas circulares, las telas de intervalo con capas de intervalo de hilo se producen en máquinas de tejer planas formando dos capas de tela independientes en las agujas delantera y trasera y luego conectándolas con pliegues en ambas agujas (Figura 8).
Figura 8: Producción de tejidos intermedios en una máquina de tejer plana computarizada: (a) Máquina de tejer plana computarizada; (b) Tejido de intervalo de tejido en una máquina plana
La distancia entre las dos agujas determina el espesor del tejido intermedio. A diferencia de las máquinas de tejer de trama circular, en las máquinas de tejer de trama plana la distancia entre las dos planchas de agujas suele ser de unos 4 milímetros. La diferencia entre los tejidos intermedios tejidos por trama y otros tipos de tejidos intermedios es que sus tres elementos estructurales básicos (es decir, capa superior, capa inferior y capa intermedia) se tejen juntos en el mismo ciclo de tejido. Los tejidos intermedios de trama se producen en máquinas Raschel de barra de doble aguja, como se muestra en la Figura 9(a). Cuando las barras guía 1 y 2 se superponen a la barra de agujas delantera y las barras guía 5 y 6 se superponen a la barra de agujas trasera (tejiendo las capas superior e inferior, respectivamente), las barras guía 3 y 4 se superponen secuencialmente al hilo intermedio alrededor de ambas barras de agujas. La Figura 9(b) ilustra el proceso de producción de telas de intervalo en una máquina Raschel RD 6 de barra de doble aguja.
Figura 9: Producción de tejidos intermedios en una máquina Raschel de barra de doble aguja: (arriba) Ilustración esquemática del principio; (abajo) Diagrama del equipo