Comment utiliser l'impression 4D pour créer des produits textiles intelligents

Katarina Winands de l'ITA Institut für Textiltechnik de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle explique comment la modélisation des dépôts fusionnés peut créer des textiles « intelligents ».

Le monde du textile évolue rapidement. Dans un avenir pas si lointain, une technologie flexible pourrait créer des textiles « intelligents », qui pourraient avoir des applications révolutionnaires et de grande envergure dans une grande variété de secteurs.

La vie moderne nécessite constamment de nouveaux produits, car les besoins humains évoluent constamment. Mais il est également important de réduire la consommation de matériaux et les déchets. Néanmoins, ce conflit peut être résolu en créant des matériaux adaptables pouvant remplir de multiples fonctions. Dans le cas du textile, la fabrication additive est une technologie clé qui peut être utilisée pour y parvenir.

L'électronique flexible pourrait inclure des technologies de pavé tactile, de panneaux solaires et d'affichage. En termes de textiles, la technologie flexible pourrait donner lieu à des circuits imprimés en tissu, des systèmes de capteurs textiles et des surfaces fonctionnalisées.

Electronique flexible

De plus en plus de personnes prennent conscience du potentiel de l’électronique flexible. La taille du marché mondial de l’électronique flexible et imprimée devrait croître massivement, passant de 15 milliards d’euros en 2020 à environ 50 milliards d’euros d’ici 2030, l’Europe étant en passe de devenir l’un des marchés à la croissance la plus rapide. Une technologie électronique flexible pourrait révolutionner des secteurs tels que la santé, la mobilité personnelle et le génie civil, pour n'en citer que trois.

Néanmoins, de nombreux défis freinent le développement des textiles intelligents. Par exemple, les batteries utilisées doivent répondre aux besoins en énergie nécessaires et être flexibles, légères et lavables. Les produits doivent être rendus aussi durables que possible, avec une durée de vie maximisée et générant un minimum de déchets. Il existe également des défis matériels : par exemple, les tissus doivent être capables de résister aux contraintes mécaniques du lavage et du repassage ainsi que de l'étirement et de l'abrasion, et être adaptés à une production standardisée et automatisée.

Concept fonctionnel du design textile 4D

L'ITA Institut für Textiltechnik de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle crée une ligne de production roll-to-roll pour la fabrication évolutive et flexible de textiles intelligents, développée en coopération avec Asys Systems GmbH. La ligne de production permet la fabrication en série de textiles intelligents en utilisant des processus de sérigraphie et de placement. De plus, sa conception modulaire permet d'intégrer les futurs modules de production.

L’objectif est de créer une micro-usine de pointe pour le prototypage et la conception, ainsi que d’offrir une véritable usine d’apprentissage du futur. Pour ce faire, diverses technologies sont utilisées, par exemple la sérigraphie, le pick and place, la reconnaissance optique et l'impression sur distributeur avec des robots collaboratifs.

Bienvenue dans la quatrième dimension

Les textiles « intelligents » développés à l'Université d'Aix-la-Chapelle ne sont pas électroniques mais peuvent changer de forme, de fonction et d'apparence. Connus sous le nom de textiles « 4D », ils peuvent s'adapter aux utilisateurs et à l'environnement grâce à l'interaction complexe entre les matériaux hybrides et à l'utilisation de stimuli externes. En conséquence, ils permettent une liberté de conception, sont personnalisables et réduisent la consommation de matériaux. Les domaines d'application possibles sont les biens de consommation, les intérieurs de véhicules, les façades textiles et la technologie médicale.

Les textiles 4D sont créés grâce à l'impression 3D de matériaux polymères sur des textiles précontraints. En imprimant sur le textile précontraint, l'état étiré est fixé aux points d'impression. Le substrat textile peut stocker mécaniquement l'énergie créée par la précontrainte. Cette énergie stockée peut être utilisée pour une transformation ciblée.

Ligne de production textile automatisée

En libérant l’énergie stockée, une structure bidimensionnelle devient une structure tridimensionnelle au comportement bistable. Dans ce cas, les états stables sont deux formes tridimensionnelles différentes de la structure. Le changement entre les états stables peut être activé par des stimuli externes tels que la chaleur, l’électricité ou l’humidité. Cela peut conduire à un changement de fonction.

En collaboration avec Schneider Technologies, l'ITA Institut für Textiltechnik de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle développe actuellement l'imprimante grand format 4D-TexPrint 1.0. Cette imprimante est une imprimante textile spécialement conçue pour l'impression 3D sur textiles précontraints avec une surface d'impression de 1m sur 1m. L'imprimante est conçue pour alimenter le textile en rouleaux, éliminant ainsi le besoin de découpe avant le processus d'impression. Les résultats du processus sont des structures textiles 4D programmables sur de grandes surfaces, qui permettent des possibilités d'innovation illimitées, comme les façades textiles mentionnées précédemment.