A 4D nyomtatás használata intelligens textiltermékek létrehozásához

Katarina Winands, az RWTH Aacheni Egyetem ITA Institut für Textiltechnik munkatársa elmagyarázza, hogyan hozható létre az olvasztott lerakódási modellezés „intelligens” textileket.

A textilek világa gyorsan változik. A nem is olyan távoli jövőben a rugalmas technológia „intelligens” textileket hozhat létre, amelyek forradalmi és nagy horderejű alkalmazásai a legkülönfélébb ágazatokban lehetnek.

A modern élet azt jelenti, hogy folyamatosan új termékekre van szükség, mivel az emberi igények folyamatosan változnak. Ugyanakkor fontos az anyagfelhasználás és a hulladék mennyiségének csökkentése is. Mindazonáltal ez a konfliktus feloldható olyan adaptálható anyagok létrehozásával, amelyek többféle funkciót is betölthetnek. A textíliák esetében az additív gyártás kulcsfontosságú technológia, amellyel ezt meg lehet valósítani.

A rugalmas elektronika magában foglalhatja az érintőpadot, a napelemes panelt és a kijelzőtechnológiát – a textíliák tekintetében a rugalmas technológia szövetből készült nyomtatott áramköri lapokat, textil érzékelőrendszereket és funkcionalizált felületeket eredményezhet.

Rugalmas elektronika

Egyre többen ismerik fel a rugalmas elektronikában rejlő lehetőségeket. A globális rugalmas és nyomtatott elektronikai piac mérete várhatóan hatalmas növekedést mutat, a 2020-as 15 milliárd euróról 2030-ra a becslések szerint 50 milliárd euróra, és Európa az egyik leggyorsabban növekvő piac lesz. A rugalmas elektronikai technológia forradalmasíthatja az olyan ágazatokat, mint az egészségügy, a személyi mobilitás és a mélyépítés, hogy csak hármat említsek.

Ennek ellenére számos kihívás hátráltatja az intelligens textilek fejlesztését. Például a használt akkumulátoroknak meg kell felelniük a szükséges teljesítményigényeknek, valamint rugalmasnak, könnyűnek és moshatónak kell lenniük. A termékeket a lehető legfenntarthatóbbá kell tenni, maximalizálni az élettartamot, és minimális hulladékot kell eredményezni. Anyagi kihívások is vannak – például a szöveteknek ellenállniuk kell a mosás és vasalás mechanikai igénybevételének, valamint a nyújtásnak és a kopásnak, és alkalmasnak kell lenniük a szabványos, automatizált gyártásra.

A 4D textiltervezés funkcionális koncepciója

Az RWTH Aacheni Egyetem ITA Institut für Textiltechnika egy roll-to-roll gyártósort hoz létre az intelligens textíliák méretezhető és rugalmas gyártásához, amelyet az Asys Systems GmbH-val együttműködésben fejlesztettek ki. A gyártósor lehetővé teszi az intelligens textíliák sorozatgyártását szitanyomással és pick-and-place eljárásokkal. Sőt, moduláris felépítése lehetővé teszi a jövőbeli gyártási modulok integrálását.

A cél egy csúcstechnológiás mikrogyár létrehozása prototípus-készítéshez és tervezéshez, valamint a jövő valós tanulási gyárának felkínálása. Ennek érdekében számos technológiát alkalmaznak – például szitanyomtatást és pick-and-place plusz optikai felismerést, valamint az együttműködő robotokkal történő adagolónyomtatást.

Üdvözöljük a negyedik dimenzióban

Az Aacheni Egyetemen kifejlesztett „okos” textíliák nem elektronikusak, hanem megváltoztathatják formájukat, funkciójukat és megjelenésüket. A „4D” textíliáknak nevezett textíliák a hibrid anyagok összetett kölcsönhatása és külső ingerek segítségével alkalmazkodni tudnak a felhasználókhoz és a környezethez. Ennek eredményeként lehetővé teszik a tervezési szabadságot, testreszabhatók és csökkentik az anyagfelhasználást. A lehetséges felhasználási területek a fogyasztási cikkek, a járműbelsők, a textilhomlokzatok és az orvostechnika.

A 4D textíliák előfeszített textíliákon polimer anyagok 3D nyomtatásával készülnek. Az előfeszített textíliára történő nyomtatással a feszített állapot rögzítésre kerül a nyomtatási pontokon. A textil szubsztrátum mechanikusan képes tárolni az előfeszítés során keletkező energiát. Ezt a tárolt energiát célzott átalakításra lehet felhasználni.

Automatizált textilgyártó sor

A tárolt energia felszabadításával egy kétdimenziós szerkezet háromdimenziós, bistabil viselkedésű szerkezetté válik. Ebben az esetben a stabil állapotok a szerkezet két különböző háromdimenziós formája. A stabil állapotok közötti változást külső ingerek, például hő, elektromosság vagy nedvesség aktiválhatják. Ez a funkció megváltozásához vezethet.

A Schneider Technologies-szal párhuzamosan az RWTH Aacheni Egyetem ITA Institut für Textiltechnik intézete jelenleg a 4D-TexPrint 1.0 nagyformátumú nyomtatót fejleszti. Ez a nyomtató egy textilnyomtató, amelyet kifejezetten előfeszített textíliákra való 3D nyomtatáshoz terveztek, 1m × 1m nyomtatási területtel. A nyomtatót úgy tervezték, hogy a textíliát tekercseken adagolja, így nincs szükség a nyomtatási folyamat előtti vágásra. A folyamat eredményeként olyan nagy felületű programozható textil 4D szerkezetek születtek, amelyek korlátlan innovációs lehetőséget tesznek lehetővé, mint például a korábban említett textilhomlokzatok.