Sådan bruger du 4D-print til at skabe smarte tekstilprodukter

Katarina Winands fra ITA Institut für Textiltechnik fra RWTH Aachen University forklarer, hvordan fusioneret depositionsmodellering kan skabe 'smarte' tekstiler.

Tekstilverdenen er under hastig forandring. I en ikke så fjern fremtid kan fleksibel teknologi skabe 'smarte' tekstiler, som kan have revolutionerende og vidtrækkende anvendelser i en lang række forskellige sektorer.

Det moderne liv betyder, at der konstant kræves nye produkter, da menneskelige behov konstant ændrer sig. Det er dog også vigtigt at reducere materialeforbrug og spild. Ikke desto mindre kan denne konflikt løses ved at skabe tilpasningsdygtige materialer, der kan opfylde flere funktioner. I tilfælde af tekstiler er additiv fremstilling en nøgleteknologi, der kan bruges til at opnå dette.

Fleksibel elektronik kan omfatte touchpad, solpaneler og displayteknologi – med hensyn til tekstiler kan fleksibel teknologi resultere i trykte printkort i stof, tekstilsensorsystemer og funktionaliserede overflader.

Fleksibel elektronik

Flere og flere mennesker bliver opmærksomme på potentialet i fleksibel elektronik. Størrelsen af det globale marked for fleksible og trykte elektronik forventes at vokse massivt, fra €15 mia. i 2020 til anslået €50 mia. i 2030, hvor Europa er sat til at være et af de hurtigst voksende markeder. Fleksibel elektronisk teknologi kan revolutionere sektorer, herunder sundhedspleje, personlig mobilitet og civilingeniør for blot at nævne tre.

Ikke desto mindre er der talrige udfordringer, som holder udviklingen af smarte tekstiler tilbage. For eksempel skal de anvendte batterier opfylde nødvendige strømkrav og være fleksible, lette og vaskbare. Produkter skal laves så bæredygtige som muligt, med levetider maksimeret og resulterer i minimalt spild. Der er også materielle udfordringer – for eksempel skal stofferne kunne modstå de mekaniske belastninger ved vask og strygning samt stræk og slid og være velegnet til standardiseret, automatiseret produktion.

Funktionelt koncept for 4D tekstildesign

ITA Institut für Textiltechnik fra RWTH Aachen University skaber en rulle-til-rulle produktionslinje til skalerbar og fleksibel fremstilling af smarte tekstiler, udviklet i samarbejde med Asys Systems GmbH. Produktionslinjen muliggør seriefremstilling af smarte tekstiler ved hjælp af serigrafi og pick-and-place processer. Desuden gør dets modulære design mulighed for at integrere fremtidige produktionsmoduler.

Målet er at skabe en state-of-the-art mikrofabrik til prototyping og design samt at tilbyde fremtidens læringsfabrik i det virkelige liv. For at gøre dette bliver der brugt en række forskellige teknologier – for eksempel serigrafi og pick-and-place plus optisk genkendelse og dispenserprint med kollaborative robotter.

Velkommen til den fjerde dimension

De 'smarte' tekstiler, der udvikles på Aachen Universitet, er ikke elektroniske, men kan i stedet ændre deres form, funktion og udseende. Kendt som '4D'-tekstiler, kan de tilpasse sig brugere og miljøet via den komplekse interaktion mellem hybridmaterialer og gennem brug af eksterne stimuli. Som et resultat muliggør de designfrihed, kan tilpasses og reducerer materialeforbruget. Mulige anvendelsesområder er forbrugsvarer, køretøjsinteriør, tekstilfacader og medicinsk teknologi.

4D-tekstiler skabes gennem 3D-print af polymermaterialer på forspændte tekstiler. Ved at trykke på det forspændte tekstil fikseres den strakte tilstand ved trykpunkterne. Tekstilsubstratet kan mekanisk lagre den energi, der skabes ved forspændingen. Denne lagrede energi kan bruges til en målrettet transformation.

Automatiseret tekstilproduktionslinje

Ved at frigive den lagrede energi bliver en todimensionel struktur til en tredimensionel struktur med bistabil adfærd. I dette tilfælde er de stabile tilstande to forskellige tredimensionelle former for strukturen. Skiftet mellem de stabile tilstande kan aktiveres af eksterne stimuli såsom varme, elektricitet eller fugt. Dette kan føre til en funktionsændring.

Sammen med Schneider Technologies er ITA Institut für Textiltechnik fra RWTH Aachen University i gang med at udvikle storformatprinteren 4D-TexPrint 1.0. Denne printer er en tekstilprinter specielt designet til 3D-print på forspændte tekstiler med et printareal på 1m gange 1m. Printeren er designet til at fremføre tekstilet på ruller, hvilket eliminerer behovet for skæring forud for udskrivningsprocessen. Resultaterne af processen er programmerbare tekstil-4D-strukturer med store arealer, som muliggør ubegrænsede innovationsmuligheder, såsom de tekstilfacader, der er nævnt tidligere.