Come utilizzare la stampa 4D per creare prodotti tessili intelligenti

Katarina Winands dell'ITA Institut für Textiltechnik dell'Università RWTH di Aquisgrana spiega come la modellazione della deposizione fusa può creare tessuti "intelligenti".

Il mondo del tessile sta cambiando rapidamente. In un futuro non troppo lontano, la tecnologia flessibile potrebbe creare tessuti “intelligenti”, che potrebbero avere applicazioni rivoluzionarie e di vasta portata in un’ampia varietà di settori.

La vita moderna significa che sono costantemente richiesti nuovi prodotti poiché i bisogni umani sono in costante cambiamento. Tuttavia, è anche importante ridurre il consumo di materiali e gli sprechi. Tuttavia, questo conflitto può essere risolto creando materiali adattabili che possano svolgere molteplici funzioni. Nel caso dei tessili, la produzione additiva è una tecnologia chiave che può essere utilizzata per raggiungere questo obiettivo.

L’elettronica flessibile potrebbe includere touchpad, pannelli solari e tecnologia di visualizzazione; in termini di tessuti, la tecnologia flessibile potrebbe portare a circuiti stampati in tessuto, sistemi di sensori tessili e superfici funzionalizzate.

Elettronica flessibile

Sempre più persone si rendono conto del potenziale dell'elettronica flessibile. Si prevede che le dimensioni del mercato globale dell’elettronica flessibile e stampata cresceranno enormemente, da 15 miliardi di euro nel 2020 a circa 50 miliardi di euro entro il 2030, con l’Europa destinata a diventare uno dei mercati in più rapida crescita. La tecnologia elettronica flessibile potrebbe rivoluzionare settori quali la sanità, la mobilità personale e l’ingegneria civile, per citarne solo tre.

Tuttavia, sono numerose le sfide che frenano lo sviluppo dei tessili intelligenti. Ad esempio, le batterie utilizzate devono soddisfare i requisiti di alimentazione necessari ed essere flessibili, leggere e lavabili. I prodotti devono essere realizzati nel modo più sostenibile possibile, massimizzando la durata di vita e riducendo al minimo gli sprechi. Ci sono anche sfide materiali: ad esempio, i tessuti devono essere in grado di resistere alle sollecitazioni meccaniche del lavaggio e della stiratura, nonché allo stiramento e all’abrasione, ed essere adatti alla produzione standardizzata e automatizzata.

Concetto funzionale del design tessile 4D

L'ITA Institut für Textiltechnik dell'Università RWTH di Aquisgrana sta creando una linea di produzione roll-to-roll per la produzione scalabile e flessibile di tessuti intelligenti, sviluppata in collaborazione con Asys Systems GmbH. La linea di produzione consente la produzione in serie di tessuti intelligenti utilizzando la serigrafia e processi pick-and-place. Inoltre, il suo design modulare consente l'integrazione di futuri moduli di produzione.

L’obiettivo è creare una microfabbrica all’avanguardia per la prototipazione e la progettazione, oltre a offrire una fabbrica di apprendimento nella vita reale del futuro. Per fare ciò, vengono impiegate diverse tecnologie, ad esempio la serigrafia, il pick-and-place, il riconoscimento ottico e la stampa su dispenser con robot collaborativi.

Benvenuti nella quarta dimensione

I tessuti "intelligenti" sviluppati presso l'Università di Aquisgrana non sono elettronici ma possono cambiare forma, funzione e aspetto. Conosciuti come tessuti "4D", possono adattarsi agli utenti e all'ambiente attraverso la complessa interazione tra materiali ibridi e attraverso l'uso di stimoli esterni. Di conseguenza, consentono libertà di progettazione, sono personalizzabili e riducono il consumo di materiale. Possibili campi di applicazione sono beni di consumo, interni di veicoli, facciate tessili e tecnologia medica.

I tessuti 4D vengono creati attraverso la stampa 3D di materiali polimerici su tessuti precompressi. Stampando sul tessuto precompresso, lo stato allungato viene fissato nei punti di stampa. Il substrato tessile può immagazzinare meccanicamente l'energia creata dalla precompressione. Questa energia immagazzinata può essere utilizzata per una trasformazione mirata.

Linea di produzione tessile automatizzata

Liberando l'energia immagazzinata, una struttura bidimensionale diventa una struttura tridimensionale con comportamento bistabile. In questo caso gli stati stabili sono due diverse forme tridimensionali della struttura. Il cambiamento tra gli stati stabili può essere attivato da stimoli esterni come calore, elettricità o umidità. Ciò può portare a un cambiamento nella funzione.

In collaborazione con Schneider Technologies, l'ITA Institut für Textiltechnik dell'Università RWTH di Aachen sta attualmente sviluppando la stampante di grande formato 4D-TexPrint 1.0. Questa stampante è una stampante tessile appositamente progettata per la stampa 3D su tessuti precompressi con un'area di stampa di 1 m per 1 m. La stampante è progettata per alimentare il tessuto su rotoli, eliminando la necessità di tagliare prima del processo di stampa. Il risultato del processo sono strutture tessili 4D programmabili su vasta area, che consentono possibilità di innovazione illimitate, come le facciate tessili menzionate in precedenza.