Como usar a impressão 4D para criar produtos têxteis inteligentes

Katarina Winands, do ITA Institut für Textiltechnik da RWTH Aachen University, explica como a modelagem por deposição fundida pode criar têxteis “inteligentes”.

O mundo dos têxteis está mudando rapidamente. Num futuro não tão distante, a tecnologia flexível poderá criar têxteis “inteligentes”, que poderão ter aplicações revolucionárias e de longo alcance numa ampla variedade de setores.

A vida moderna significa que novos produtos são constantemente necessários, à medida que as necessidades humanas mudam constantemente. No entanto, também é importante reduzir o consumo e o desperdício de materiais. No entanto, este conflito pode ser resolvido através da criação de materiais adaptáveis que possam cumprir múltiplas funções. No caso dos têxteis, a manufatura aditiva é uma tecnologia chave que pode ser usada para conseguir isso.

A eletrónica flexível poderia incluir touchpad, painel solar e tecnologia de visualização – em termos de têxteis, a tecnologia flexível poderia resultar em placas de circuito impresso em tecido, sistemas de sensores têxteis e superfícies funcionalizadas.

Eletrônica flexível

Cada vez mais pessoas estão se conscientizando do potencial da eletrônica flexível. Prevê-se que a dimensão do mercado global de eletrónica flexível e impressa cresça enormemente, de 15 mil milhões de euros em 2020 para cerca de 50 mil milhões de euros em 2030, com a Europa a ser um dos mercados de crescimento mais rápido. A tecnologia electrónica flexível poderá revolucionar sectores como os cuidados de saúde, a mobilidade pessoal e a engenharia civil, para citar apenas três.

No entanto, existem numerosos desafios que impedem o desenvolvimento de têxteis inteligentes. Por exemplo, as baterias utilizadas devem atender aos requisitos de energia necessários e ser flexíveis, leves e laváveis. Os produtos devem ser fabricados da forma mais sustentável possível, com vida útil maximizada e resultando em desperdício mínimo. Existem também desafios materiais – por exemplo, os tecidos devem ser capazes de resistir às tensões mecânicas da lavagem e do engomar, bem como ao estiramento e à abrasão, e ser adequados para uma produção padronizada e automatizada.

Conceito funcional de design têxtil 4D

O ITA Institut für Textiltechnik da RWTH Aachen University está criando uma linha de produção rolo a rolo para fabricação escalonável e flexível de têxteis inteligentes, desenvolvida em cooperação com a Asys Systems GmbH. A linha de produção permite a fabricação em série de têxteis inteligentes usando serigrafia e processos pick-and-place. Além disso, o seu design modular permite a integração de futuros módulos de produção.

O objetivo é criar uma microfábrica de última geração para prototipagem e design, bem como oferecer uma fábrica de aprendizagem real do futuro. Para tal, estão a ser utilizadas diversas tecnologias – por exemplo, serigrafia e pick-and-place, além de reconhecimento óptico, e impressão de dispensadores com robôs colaborativos.

Bem-vindo à quarta dimensão

Os têxteis “inteligentes” que estão a ser desenvolvidos na Universidade de Aachen não são electrónicos, mas podem mudar a sua forma, função e aparência. Conhecidos como têxteis '4D', podem adaptar-se aos utilizadores e ao ambiente através da complexa interacção entre materiais híbridos e através da utilização de estímulos externos. Como resultado, permitem liberdade de design, são personalizáveis e reduzem o consumo de material. Possíveis campos de aplicação são bens de consumo, interiores de veículos, fachadas têxteis e tecnologia médica.

Os têxteis 4D são criados através da impressão 3D de materiais poliméricos em têxteis protendidos. Ao imprimir no tecido protendido, o estado esticado é fixado nos pontos de impressão. O substrato têxtil pode armazenar mecanicamente a energia criada pela protensão. Esta energia armazenada pode ser usada para uma transformação direcionada.

Linha de produção têxtil automatizada

Ao liberar a energia armazenada, uma estrutura bidimensional torna-se uma estrutura tridimensional com comportamento biestável. Neste caso, os estados estáveis são duas formas tridimensionais diferentes da estrutura. A mudança entre os estados estáveis pode ser ativada por estímulos externos, como calor, eletricidade ou umidade. Isso pode levar a uma mudança na função.

Em conjunto com a Schneider Technologies, o ITA Institut für Textiltechnik da RWTH Aachen University está atualmente desenvolvendo a impressora de grande formato 4D-TexPrint 1.0. Esta impressora é uma impressora têxtil especialmente desenhada para impressão 3D em têxteis protendidos com uma área de impressão de 1m por 1m. A impressora foi projetada para alimentar o tecido em rolos, eliminando a necessidade de corte antes do processo de impressão. Os resultados do processo são estruturas têxteis 4D programáveis de grandes áreas, que permitem possibilidades ilimitadas de inovação, como as fachadas têxteis mencionadas anteriormente.