Computational design of self-shaping textiles
Conception numérique de textiles auto-déployables
Résumé
We describe a recent manufacturing technique to design self-shaping textiles which consists in extruding molten plastic into pre-stretched fabric using additive manufacturing technologies. This printing-on-fabric technique recently gained popularity as a low-cost fabrication method for designing deployable structures which can pop out of shape when the fabric is released.
The morphing behavior of this composite material is due to a combination of intrinsic and extrinsic geometric transformations, the deposited plastic is both frustrating the metric of the textile and forming a bilayer with its substrate. We leverage these observations to design metamaterials which exploit both of these effects: the metric of the fabric is modulated by the density of printed patterns, and the amount of bending is controlled by the thickness of the printed plastic through the bilayer effect.
We show how these metamaterials can help for the design of self-actuated, lightweight structures by providing two separate kinds of design tools: forward design, or form-finding tools which aim at predicting the final deployed shape from a given printed layout, and an inverse design tool which starts from an input shape and find the optimal metamaterial parameters (thickness and density) to reproduce best the target shape.
Nous décrivons une technique de fabrication récente permettant de créer des textiles auto-deployables qui consiste à extruder du plastique sur un tissu étiré au préalable en utilisant des procédés de fabrication additive. Cette technique d'impression sur tissu a récemment gagné en popularité car c'est une technique de fabrication peu coûteuse permettant de créer des structures déployables qui prennent automatiquement une forme en 3D lorsque le tissu est relaché.
Le comportement en déformation de ce matériau composite peut s'expliquer par une combination d'effets géometriques intrinsèques et extrinsèques, le plastique déposé étant à la fois la cause d'un changement de métrique et d'un effet bilame par la combinaison qu'il forme avec la couche sous-jacente de tissu. Nous exploitons ces observations pour créer des métamatériaux qui agissent sur ces deux effets : la métrique du tissu est modulée par la densité des motifs imprimés, et la flexion de la surface est contrôlée par l'épaisseur de plastique imprimé grâce à l'effet bilame.
Nous utilisons ces métamatériaux pour proposer deux types d'outils de design aidant à la conception de structures auto-déployables légères : d'un côté des outils de design direct, ou de recherche de forme, qui permettent de prédire la forme déployée de la structure à partir du motif à imprimer, de l'autre un outil de design inverse qui prend en entrée une forme donnée et trouve les paramètres optimaux du métamatériau (notamment l'épaisseur et la densité) pour reproduire au mieux la forme cible.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)