针阵列作为固体针织的核心组件，通过精确的张力控制和连续路径规划，能够生成致密的 3D 织物填充结构，实现层间牢固连接。这种方法不同于传统针织仅产生空心表面，而是模拟 3D 打印的层叠方式，每层针织片通过循环串套形成体积实体。
固体针织的基本构建块是一个盒状针织针（solid knit stitch），每个循环同时穿过前一层和前一行的循环，确保结构稳定性。原型机器采用双针床设计，每个针床包含闩针（latch needles）和保持器（holders），辅以一对旋转钩阵列（hook arrays）存储整层循环。钩阵列提供额外存储位置，避免循环掉落，并在织造新层时重复利用前层循环。
张力控制是关键参数，直接影响纱线均匀性和层间连接强度。推荐初始张力阈值为 0.5-1.0N，根据纱线粗细调整：细纱（如 20tex）用低张力 0.5N，避免断裂；粗纱（如 50tex）用高张力 1.0N，确保紧实。动态张力反馈通过传感器监测，每行结束时校准偏差 ±0.1N。过高张力导致钩子卡住，过低则循环松散；实际测试中，恒定张力下填充密度达 95% 以上。
连续路径规划确保纱线无中断，形成无缝层叠。算法基于体素化模型，将目标形状分解为矩形元素（宽高比匹配针距，如 1:1.2），然后切片成层，每层路径为连续闭合曲线。规划步骤：1）体素网格分辨率设为针距的 1.5 倍，避免锯齿；2）A * 路径搜索，代价函数结合曲率（权重 0.6）和张力均匀（权重 0.4）；3）层间对齐偏移 < 0.5mm，确保连接。示例中，三角棱柱路径长度优化 20%，减少纱线浪费。
硬件参数落地清单：
- 针床间距：5-10mm，根据物体厚度调整；默认 7mm 支持标准填充。
- 钩阵列转速：30-60rpm，同步针推进速度 0.2m/s；高转速适用于复杂路径，低转速确保精度。
- 纱线载体速度：匹配钩转速的 1.2 倍，防止打结。
- 保持器钩深：2-3mm，容纳双层循环。
监控与回滚策略：
- 循环掉落检测：视觉传感器阈值 > 2 个连续空位，触发重织当前行。
- 张力异常：偏差 > 0.2N，暂停并手动校准。
- 路径偏差：GPS-like 针位跟踪，累计误差 > 1mm，回滚至上层。
- 超时：单层 > 5min，检查钩卡住并重置。
软件工具实现路径生成与指令导出。输入 STL 模型，体素化后自动检查拓扑（连通性、边界闭合），传播约束（如最小厚度 2 针）。导出低级指令序列： tuck（藏纱）、transfer（转移循环）、knit（织针）、roll（钩滚）。验证显示，矩形棱柱自动生产长度任意，无需干预除首尾。
扩展挑战与优化：当前限于棱柱，未来通过多钩阵列支持曲面；风险包括机械磨损，建议钨钢针寿命 > 10 万循环。张力自适应 PID 控制器（Kp=0.8, Ki=0.1, Kd=0.05）可提升鲁棒性。相比 3D 打印，固体针织柔韧性高（延伸率 15%），适用于家具、鞋类一体成型。
实际参数表：
| 参数 | 值 | 作用 |
|---|---|---|
| 张力阈值 | 0.5-1.0N | 填充密度 |
| 钩转速 | 30-60rpm | 路径连续 |
| 针推进速 | 0.2m/s | 循环稳定 |
| 体素分辨率 | 1.5x 针距 | 形状保真 |
此技术标志织物制造向体积化转型，提供参数化工程路径。
资料来源：
- Solid Knitting 项目页：https://markjgillespie.com/Research/solid-knitting/index.html “Solid knitting creates dense volumes by layering knit sheets—much as 3D printers layer sheets of plastic.”
- ACM Trans. Graph. (SIGGRAPH 2024), DOI:10.1145/3658123