Tại sao máy dệt kim phẳng được sử dụng để sản xuất mũ giày 3D

Sự chuyển đổi từ cấu trúc cắt và may sang mũ giày dệt kim hoàn toàn đã thay đổi căn bản cách thiết kế và sản xuất giày dép thông thường và hiệu suất. Trọng tâm của sự thay đổi này là máy dệt kim phẳng được vi tính hóa—một công nghệ đã phát triển vượt xa nguồn gốc của nó là sản xuất hàng may mặc để trở thành nền tảng thống trị để sản xuất mũ giày 3D ở quy mô thương mại. Không giống như máy dệt kim tròn, sản xuất vải hình ống phù hợp với tất và quần áo không đường may, máy dệt kim phẳng hoạt động trên hai giường kim đối diện được sắp xếp theo hình chữ V, giúp chúng có khả năng làm việc theo nhiều hướng, chuyển mũi khâu giữa các giường và tạo hình vải ba chiều mà không cần cắt. Khả năng này làm cho chúng đặc biệt phù hợp để sản xuất mũ giày dưới dạng cấu trúc dệt kim nguyên mảnh phù hợp với hình dạng phức tạp của bàn chân không có đường nối tại các vị trí quan trọng về mặt cấu trúc.

Ưu điểm thực tế so với kết cấu phần trên thông thường là rất đáng kể: chất thải vật liệu giảm xuống dưới 5% so với 30–40% trong phương pháp cắt và may, yêu cầu lao động thấp hơn đáng kể do không cần khâu lắp ráp và cấu trúc dệt kim cho phép thực hiện kỹ thuật theo vùng cụ thể—đặt các mắt lưới mở thoáng khí ở bàn chân trước, vải đan dày đặc hỗ trợ ở giữa bàn chân và các cấu trúc đệm bông ở gót chân trong một lớp vải liên tục duy nhất. Hiểu cách cấu hình và vận hành máy dệt kim phẳng dành riêng cho sản xuất mũ giày 3D là một chuyên ngành kỹ thuật kết hợp lập trình máy, khoa học sợi và kỹ thuật giày dép.

Tìm hiểu các thông số kỹ thuật của máy cần thiết cho mũ giày

Không phải mọi máy dệt kim phẳng đều có khả năng tạo ra phần thân giày 3D phù hợp. Một số thông số kỹ thuật của máy là điều kiện tiên quyết quan trọng trước khi thử sản xuất nâng cao và việc chọn cấu hình máy phù hợp là quyết định đầu tiên mà nhà sản xuất phải đưa ra.

Máy đo—số lượng kim trên mỗi inch trên mỗi giường kim—là thông số kỹ thuật cơ bản nhất. Đối với mũ giày, cỡ từ 12 đến 15 là phổ biến nhất, với máy cỡ 15 tạo ra vải mịn hơn, mịn hơn phù hợp với phong cách sống và giày thời trang, còn máy cỡ 12 phù hợp hơn với mũ giày thể thao nơi số lượng sợi và trọng lượng vải cao hơn. Các máy đo mịn hơn như 18 tạo ra các loại vải có trọng lượng hàng dệt kim quá mỏng đối với hầu hết các ứng dụng trên giày mà không có sợi gia cố đáng kể. Máy cũng phải có ít nhất hai giá đỡ sợi có khả năng hoạt động đồng thời để có thể phân vùng cấu trúc và màu sắc theo kiểu intarsia mà không cần cắt và nối lại sợi giữa các phần.

Máy dành cho mũ giày 3D phải hỗ trợ công nghệ kim phức hợp hoặc giường kim chốt có khả năng chuyển mũi may đáng tin cậy. Kim phức hợp cho phép kiểm soát đường may tốt hơn và thao tác nhanh hơn, trong khi chức năng chuyển đổi rất cần thiết để tạo hình ba chiều giúp phân biệt mũ dệt kim với vải phẳng. Các nhà sản xuất máy hàng đầu bao gồm Shima Seiki, Stoll và Lonati cung cấp hệ thống dệt kim mũ giày chuyên dụng với hình dạng quả chìm chuyên dụng và cơ cấu gỡ xuống được thiết kế để xử lý khối lượng tập trung của mũ giày khi nó tích tụ trên bệ kim trong quá trình đan.

Lựa chọn sợi cho các vùng khác nhau của thân giày

Các đặc tính hiệu suất của một Thân giày dệt kim 3D được xác định bằng cách lựa chọn sợi cũng như bằng cách lập trình máy. Các vùng khác nhau ở phía trên có yêu cầu chức năng khác nhau và máy dệt kim phẳng hiện đại có thể chuyển đổi giữa các vật liệu mang sợi ở giữa quá trình để đưa các sợi dành riêng cho vùng vào trong một sợi duy nhất. Hiểu được đặc tính của các loại sợi có sẵn và cách chúng ánh xạ tới các vùng phía trên là kiến ​​thức cần thiết đối với bất kỳ kỹ thuật viên nào làm việc trong lĩnh vực sản xuất mũ giày.

• Polyester đơn sợi và đa sợi: Sợi đa sợi polyester mịn (thường từ 75D đến 150D) tạo thành khung cấu trúc của hầu hết mũ giày dệt kim. Chúng mang lại sự ổn định về kích thước, khả năng chống mài mòn và hình dạng đường khâu nhất quán. Sợi đơn sợi có số lượng mịn hơn được sử dụng ở những nơi cần có cấu trúc lưới mở, cứng, chẳng hạn như các khu vực ma cà rồng nơi luồng không khí được ưu tiên.

• Sợi nhiệt dẻo (nóng chảy): Sợi TPU hoặc sợi polyester có độ tan chảy thấp được dệt thành các vùng cần gia cố cấu trúc—phần gót chân, hàng lỗ gắn và mép cổ giày. Khi phần trên hoàn thiện được đưa qua đường hầm nhiệt sau khi đan, các sợi này sẽ kết hợp với các sợi liền kề, tạo ra các vùng liên kết cứng, thay thế các thành phần gia cố truyền thống mà không cần thêm lớp keo hoặc vật liệu.
• Sợi đàn hồi (Spandex/Lycra): Các sợi đàn hồi được tích hợp vào vùng cổ mắt cá chân và mu bàn chân để mang lại độ co giãn và khả năng phục hồi giúp cố định bàn chân trong giày mà không cần bộ phận đàn hồi riêng biệt. Những sợi này thường được dát (đặt ở giữa các vòng khâu thay vì tự tạo thành các vòng) để tối đa hóa khả năng phục hồi đàn hồi.
• PET tái chế và sợi đặc biệt: Yêu cầu về tính bền vững từ các thương hiệu giày dép lớn đã thúc đẩy việc áp dụng sợi rPET làm từ chai nhựa sau tiêu dùng. Chúng hoạt động tương đương với polyester nguyên chất trong dệt kim nhưng yêu cầu hiệu chuẩn độ căng chặt hơn do hệ số ma sát sợi cao hơn một chút. Các loại sợi đặc biệt như Dyneema hoặc Vectran được sử dụng làm lớp gia cố bên trong trong các mô hình hiệu suất trong đó khả năng chống rách là rất quan trọng.

Lập trình cấu trúc 3D: Kỹ thuật định hình và phân vùng

Khả năng xác định của máy dệt kim phẳng trong sản xuất mũ giày là khả năng tạo ra cấu trúc ba chiều thông qua việc tạo hình được lập trình—sử dụng các mẫu kích hoạt kim, chuyển mũi may và dệt kim một phần để tạo ra loại vải phù hợp với hình dạng của đế giày mà không cần cắt hoặc may. Lập trình cấu trúc này yêu cầu phần mềm CAD chuyên dụng. Hệ thống SDS-ONE APEX của Shima Seiki và M1 Plus của Stoll là hai nền tảng được sử dụng rộng rãi nhất, cả hai đều bao gồm các mô-đun thiết kế dành riêng cho mũ giày mô phỏng cấu trúc dệt kim ở dạng 3D trước khi sản xuất bất kỳ mẫu vật lý nào.

Đan một phần để tạo hình ba chiều

Đan từng phần—còn gọi là đan hàng ngắn—là kỹ thuật cơ bản để xây dựng hình học ba chiều thành phần trên được dệt kim phẳng. Bằng cách chỉ kích hoạt một tập hợp con kim trên một hoặc cả hai giường trong các chu trình đã chọn, máy sẽ tạo thêm các hàng vải ở các khu vực cục bộ trong khi các kim xung quanh giữ các vòng vải của chúng. Điều này tạo ra độ cong được kiểm soát: khu vực nhận thêm hàng sẽ dài hơn so với các khu vực liền kề, khiến vải bị cong hoặc hình cốc. Trong lập trình phần trên của giày, đan một phần được sử dụng để xây dựng độ sâu của gót chân, thể tích hộp ngón chân và độ cong của mu bàn chân cho phép mảnh dệt kim phẳng vừa khít với bàn chân mà không bị kéo hoặc biến dạng khi có những thay đổi hình học quan trọng.

Chuyển khâu để thay đổi cấu trúc và kết cấu

Đường khâu chuyển giữa giường kim phía trước và phía sau được sử dụng để tạo ra các hiệu ứng cấu trúc phục vụ cả mục đích thẩm mỹ và chức năng. Chuyển các mũi khâu từ giường phía trước ra phía sau và đan lại chúng sẽ tạo ra hiệu ứng nếp gấp hoặc dây cáp giúp tăng độ dày và độ cứng của vải cục bộ—hữu ích để tạo ra các mũi giày tích hợp hoặc cấu trúc hỗ trợ giữa bàn chân mà không cần thêm các thành phần riêng biệt. Chuyển các mũi khâu ra ngoài dọc theo giường (mở rộng) hoặc vào trong (thu hẹp) để đạt được hình dáng của phần trên, kiểm soát độ rộng của lỗ hở mắt cá chân, chiều rộng cổ giày ở vùng buộc dây và hình dạng ngón chân theo các kích thước cuối cùng được lập trình trong hệ thống CAD.

Lập trình Intarsia và Jacquard để phân biệt vùng

Dệt kim Intarsia cho phép các loại sợi khác nhau hoạt động ở các khu vực biệt lập trong cùng một quy trình mà không cần đưa sợi qua toàn bộ giường kim. Kỹ thuật này rất quan trọng đối với mũ giày, nơi các vùng liền kề yêu cầu các loại sợi hoàn toàn khác nhau—ví dụ: vùng lưới sợi đơn thoáng khí ngay cạnh vùng vải dệt polyester rắn. Lập trình Jacquard trên máy giường đôi cho phép kết hợp tối đa bốn màu hoặc loại sợi trong một sợi duy nhất trên toàn bộ chiều rộng, cho phép tạo ra các mẫu đồ họa phức tạp, cấu trúc đa vật liệu và các yếu tố thương hiệu tích hợp hoàn toàn trong quy trình dệt kim mà không cần in hoặc thêu sau sản xuất.

Thiết lập máy và hiệu chỉnh độ căng cho dệt kim trên

Việc thiết lập một máy dệt kim phẳng để sản xuất mũ giày đòi hỏi phải hiệu chỉnh cẩn thận một số thông số phụ thuộc lẫn nhau. Độ căng—lực mà vải được kéo xuống từ bệ kim trong khi đan—là biến số nhạy cảm nhất và phải được điều chỉnh linh hoạt khi phần trên tích tụ lại. Khi bắt đầu phần thân trên, khi chỉ dệt một vài đường dệt, cần có độ căng khi gỡ xuống rất thấp để ngăn các đường dệt ban đầu bị kéo ra khỏi kim. Khi vải phát triển, độ căng tăng dần để duy trì hình dạng đường may nhất quán. Các máy được trang bị hệ thống tháo dỡ được điều khiển bằng servo sẽ xử lý việc này một cách tự động dựa trên các đường cong căng thẳng được lập trình, trong khi các hệ thống tháo dỡ bằng khí nén cũ hơn yêu cầu điều chỉnh thủ công giữa các phần.

Cài đặt cam khâu—kiểm soát khoảng cách kim đi xuống để vẽ vòng sợi—phải được hiệu chỉnh riêng cho từng vùng sợi vì các loại sợi khác nhau có độ cứng và đặc tính ma sát khác nhau. Sợi nhựa nhiệt dẻo yêu cầu cài đặt cam mũi khâu sâu hơn một chút so với sợi polyester tiêu chuẩn ở cùng chi số vì ma sát bề mặt cao hơn sẽ cản trở việc kéo qua móc kim. Chạy cùng một cài đặt cam cho cả hai sợi ở phần trên nhiều sợi sẽ tạo ra độ dài vòng không nhất quán biểu hiện dưới dạng kết cấu không đồng đều có thể nhìn thấy và sự thay đổi kích thước ở sản phẩm hoàn thiện. Các kỹ thuật viên thường tạo ra một mẫu hiệu chỉnh cho từng sợi trong chương trình trước khi đan toàn bộ phần trên đầu tiên, đo chiều dài mũi khâu so với thông số kỹ thuật trước khi phê duyệt cài đặt máy cho sản xuất.

Các quy trình sau đan hoàn thiện phần trên 3D

Phần trên khi rời khỏi máy dệt kim vẫn chưa sẵn sàng để sử dụng lâu dài và lắp ráp. Một số quy trình sau dệt kim biến mảnh vải dệt kim thô thành phần trên có kích thước ổn định, có khả năng chịu được hoạt động lâu dài và các yêu cầu cơ học của việc lắp ráp giày.

Kích hoạt nhiệt đặc biệt quan trọng khi sử dụng sợi gia cường nhựa nhiệt dẻo. Phần trên phải được đặt phẳng hoặc trên khuôn đục lỗ trong đường hầm nhiệt để đảm bảo phân bổ nhiệt độ đồng đều trên tất cả các vùng. Hệ thống sưởi không đồng đều tạo ra các vùng bị dính một phần, tạo cảm giác không thoải mái cho người đeo và có thể bong ra dưới tác dụng của lực uốn trong quá trình sử dụng. Sau khi kích hoạt bằng nhiệt, phần trên được đặt lên tấm định cỡ cuối cùng và được tạo hình bằng hơi nước hoặc nhiệt để tạo thành hình dạng ba chiều mục tiêu. Bước này thiết lập độ sâu của gót chân, lò xo ngón chân và hình dạng mở cổ giày cho phép phần trên được kéo dài một cách hiệu quả trên dây chuyền lắp ráp mà không bị biến dạng.

Các khiếm khuyết thường gặp ở mũ giày dệt kim 3D và cách phòng ngừa

Ngay cả với những máy được hiệu chỉnh tốt và thiết kế được lập trình chính xác, mũ giày dệt kim 3D vẫn dễ mắc phải một loạt lỗi tái diễn mà kỹ thuật viên phải được đào tạo để xác định, chẩn đoán và sửa chữa ở cấp độ máy trước khi chúng lan truyền trong quá trình sản xuất.

• Các mũi khâu bị rơi: Nguyên nhân là do độ căng của sợi không đủ, móc kim bị hỏng hoặc độ sâu cam mũi khâu không chính xác. Các mũi khâu bị tụt tạo ra các lỗ nhìn thấy được trên vải và các điểm yếu về cấu trúc. Hành động khắc phục bao gồm việc kiểm tra kim ở vùng bị ảnh hưởng và hiệu chỉnh lại cài đặt cam cho bộ mang sợi đó.
• Kích thước không nhất quán giữa các kích thước: Xảy ra khi việc phân loại CAD không chính xác theo tỷ lệ hoặc khi mật độ mũi may khác nhau giữa các vùng giường kim do độ lệch lực căng. Mỗi kích thước trong một lần chạy phải được xác minh kích thước so với kích thước đã được phê duyệt trước khi tiến hành sản xuất đầy đủ.
• Va chạm của tàu chở sợi: Xảy ra khi hai vật mang được lập trình để đồng thời chiếm giữ cùng một vị trí giường trong chương trình intarsia. Điều này gây ra hiện tượng dừng máy và có thể gây hư hỏng kim. Trình tự đường dẫn sóng mang phải được xác minh trong mô phỏng trước khi chương trình được gửi đến máy.
• Vùng kích hoạt nhiệt không đồng đều: Kết quả từ sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trong đường hầm nhiệt hoặc vị trí phía trên băng tải không nhất quán. Việc hiệu chỉnh thường xuyên các biên dạng nhiệt độ đường hầm và các thiết bị cố định vị trí phía trên được tiêu chuẩn hóa sẽ ngăn ngừa khiếm khuyết này ảnh hưởng đến các vùng kết cấu được liên kết.