Как использовать 4D-печать для создания умных текстильных изделий

Катарина Винандс из Института текстильной техники ITA при RWTH Ахенского университета объясняет, как моделирование методом наплавления может создавать «умный» текстиль.

Мир текстиля стремительно меняется. В не столь отдаленном будущем гибкие технологии позволят создать «умный» текстиль, который сможет найти революционное и далеко идущее применение в самых разных отраслях.

Современная жизнь означает, что постоянно требуются новые продукты, поскольку потребности человека постоянно меняются. Однако также важно сократить расход материалов и отходы. Тем не менее, этот конфликт можно разрешить путем создания адаптируемых материалов, способных выполнять множество функций. В случае текстиля аддитивное производство является ключевой технологией, которую можно использовать для достижения этой цели.

Гибкая электроника может включать сенсорную панель, солнечную панель и технологию отображения. Что касается текстиля, гибкая технология может привести к созданию тканевых печатных плат, текстильных сенсорных систем и функциональных поверхностей.

Гибкая электроника

Все больше и больше людей осознают потенциал гибкой электроники. Ожидается, что размер мирового рынка гибкой и печатной электроники значительно вырастет: с 15 миллиардов евро в 2020 году до примерно 50 миллиардов евро к 2030 году, при этом Европа станет одним из самых быстрорастущих рынков. Гибкие электронные технологии могут произвести революцию в таких секторах, как здравоохранение, личная мобильность и гражданское строительство, и это лишь три из них.

Тем не менее, существует множество проблем, которые сдерживают развитие умного текстиля. Например, используемые батареи должны соответствовать необходимым требованиям к мощности, быть гибкими, легкими и моющимися. Продукты должны быть максимально экологичными, с максимальным сроком службы и минимальными отходами. Существуют также проблемы с материалами: например, ткани должны выдерживать механические нагрузки при стирке и глажке, а также растяжению и истиранию, а также быть пригодными для стандартизированного автоматизированного производства.

Функциональная концепция 4D-дизайна текстиля

Институт ITA für Textiltechnik при RWTH Ахенском университете создает линию рулонного производства для масштабируемого и гибкого производства умного текстиля, разработанную в сотрудничестве с Asys Systems GmbH. Производственная линия позволяет серийно производить умный текстиль с использованием трафаретной печати и процессов подбора и размещения. Более того, его модульная конструкция позволяет интегрировать будущие производственные модули.

Цель состоит в том, чтобы создать современную микрофабрику для прототипирования и проектирования, а также предложить реальную обучающую фабрику будущего. Для этого используются самые разные технологии – например, трафаретная печать и перебор плюс оптическое распознавание, а также диспенсерная печать с помощью коллаборативных роботов.

Добро пожаловать в четвертое измерение

«Умный» текстиль, разрабатываемый в Ахенском университете, не является электронным, а может менять свою форму, функции и внешний вид. Известные как текстиль «4D», они могут адаптироваться к пользователям и окружающей среде посредством сложного взаимодействия между гибридными материалами и использованием внешних стимулов. В результате они обеспечивают свободу дизайна, индивидуализируются и сокращают расход материалов. Возможные области применения: потребительские товары, салоны транспортных средств, текстильные фасады и медицинская техника.

4D-текстиль создается посредством 3D-печати полимерных материалов на предварительно напряжённом текстиле. При печати на предварительно напряжённом текстиле в точках печати фиксируется растянутое состояние. Текстильная подложка может механически накапливать энергию, создаваемую предварительным напряжением. Эту накопленную энергию можно использовать для целенаправленного преобразования.

Автоматизированная линия по производству текстиля

Высвобождая накопленную энергию, двумерная структура становится трехмерной структурой с бистабильным поведением. В этом случае устойчивые состояния представляют собой две разные трехмерные формы структуры. Смена стабильных состояний может быть активирована внешними раздражителями, такими как тепло, электричество или влага. Это может привести к изменению функции.

Институт текстильной техники ITA при RWTH Ахенском университете в тандеме со Schneider Technologies в настоящее время разрабатывает широкоформатный принтер 4D-TexPrint 1.0. Этот принтер представляет собой текстильный принтер, специально разработанный для 3D-печати на предварительно напряженных тканях с площадью печати 1 на 1 метр. Принтер предназначен для подачи текстиля в рулонах, что исключает необходимость резки перед процессом печати. Результатом этого процесса являются программируемые текстильные 4D-структуры большой площади, которые открывают неограниченные возможности для инноваций, такие как упомянутые ранее текстильные фасады.