Jak využít 4D tisk k vytvoření chytrých textilních produktů

Katarina Winands z ITA Institut für Textiltechnik z RWTH Aachen University vysvětluje, jak může fúzované depoziční modelování vytvářet „inteligentní“ textilie.

Svět textilu se rychle mění. V ne tak vzdálené budoucnosti by flexibilní technologie mohla vytvořit „chytré“ textilie, které by mohly mít revoluční a dalekosáhlé aplikace v celé řadě odvětví.

Moderní život znamená, že jsou neustále vyžadovány nové produkty, protože lidské potřeby se neustále mění. Je však také důležité snížit spotřebu materiálu a odpad. Nicméně tento konflikt lze vyřešit vytvořením adaptabilních materiálů, které mohou plnit více funkcí. V případě textilií je aditivní výroba klíčovou technologií, kterou lze k tomuto účelu použít.

Flexibilní elektronika by mohla zahrnovat touchpad, solární panel a technologii displeje – pokud jde o textilie, flexibilní technologie by mohla vést k látkovým deskám s plošnými spoji, textilním senzorovým systémům a funkcionalizovaným povrchům.

Flexibilní elektronika

Stále více lidí si uvědomuje potenciál flexibilní elektroniky. Očekává se, že velikost globálního trhu s flexibilní a tištěnou elektronikou výrazně poroste, z 15 miliard EUR v roce 2020 na odhadovaných 50 miliard EUR do roku 2030, přičemž Evropa bude jedním z nejrychleji rostoucích trhů. Flexibilní elektronické technologie by mohly způsobit revoluci v odvětvích včetně zdravotnictví, osobní mobility a stavebního inženýrství, abychom jmenovali alespoň tři.

Existuje však řada výzev, které brzdí vývoj chytrých textilií. Například použité baterie musí splňovat nezbytné požadavky na napájení a být flexibilní, lehké a omyvatelné. Produkty musí být vyráběny co nejudržitelněji, s maximální životností a s minimálním odpadem. Existují také materiálové výzvy – tkaniny například musí odolávat mechanickému namáhání při praní a žehlení, roztahování a oděru a musí být vhodné pro standardizovanou, automatizovanou výrobu.

Funkční koncept 4D textilního designu

ITA Institut für Textiltechnik z RWTH Aachen University vytváří roll-to-roll výrobní linku pro škálovatelnou a flexibilní výrobu chytrých textilií, vyvinutou ve spolupráci s Asys Systems GmbH. Výrobní linka umožňuje sériovou výrobu chytrých textilií sítotiskem a procesy pick-and-place. A co víc, jeho modulární konstrukce umožňuje integraci budoucích výrobních modulů.

Cílem je vytvořit nejmodernější mikrotovárnu pro prototypování a navrhování a zároveň nabídnout továrnu na učení v reálném životě budoucnosti. K tomu se používají různé technologie – například sítotisk a pick-and-place plus optické rozpoznávání a tisk z dávkovačů s kolaborativními roboty.

Vítejte ve čtvrté dimenzi

„Inteligentní“ textilie vyvíjené na univerzitě v Cáchách nejsou elektronické, ale mohou změnit svůj tvar, funkci a vzhled. Známé jako „4D“ textilie se mohou přizpůsobit uživatelům a životnímu prostředí prostřednictvím komplexní interakce mezi hybridními materiály a pomocí vnějších podnětů. Díky tomu umožňují svobodu návrhu, jsou přizpůsobitelné a snižují spotřebu materiálu. Možné oblasti použití jsou spotřební zboží, interiéry vozidel, textilní fasády a lékařská technika.

4D textilie jsou vytvářeny pomocí 3D tisku polymerních materiálů na předpjaté textilie. Tiskem na předepjatou textilii je natažený stav fixován v místech tisku. Textilní substrát může mechanicky akumulovat energii vytvořenou předpětím. Takto uloženou energii lze využít k cílené transformaci.

Automatizovaná textilní výrobní linka

Uvolněním nahromaděné energie se z dvourozměrné struktury stane trojrozměrná struktura s bistabilním chováním. V tomto případě jsou stabilní stavy dvě různé trojrozměrné formy struktury. Změna mezi stabilními stavy může být aktivována vnějšími podněty, jako je teplo, elektřina nebo vlhkost. To může vést ke změně funkce.

ITA Institut für Textiltechnik univerzity RWTH Aachen ve spolupráci se Schneider Technologies v současné době vyvíjí velkoformátovou tiskárnu 4D-TexPrint 1.0. Tato tiskárna je textilní tiskárna speciálně navržená pro 3D tisk na předpjatý textil s tiskovou plochou 1m x 1m. Tiskárna je navržena tak, aby podávala textil na rolích, což eliminuje potřebu řezání před tiskem. Výsledkem procesu jsou velkoplošné programovatelné textilní 4D struktury, které umožňují neomezené inovační možnosti, jako např. již zmíněné textilní fasády.