Akıllı tekstil ürünleri oluşturmak için 4D baskı nasıl kullanılır?

RWTH Aachen Üniversitesi'nden ITA Institut für Textiltechnik'ten Katarina Winands, kaynaştırılmış biriktirme modellemenin nasıl 'akıllı' tekstiller yaratabileceğini açıklıyor.

Tekstil dünyası hızla değişiyor. Çok uzak olmayan bir gelecekte esnek teknoloji, çok çeşitli sektörlerde devrim niteliğinde ve geniş kapsamlı uygulamalara sahip olabilecek 'akıllı' tekstiller yaratabilir.

Modern yaşam, insan ihtiyaçlarının sürekli değişmesi nedeniyle sürekli olarak yeni ürünlere ihtiyaç duyulması anlamına gelmektedir. Ancak malzeme tüketimini ve israfı azaltmak da önemlidir. Ancak bu çatışma, birden fazla işlevi yerine getirebilecek uyarlanabilir malzemeler yaratılarak çözülebilir. Tekstil söz konusu olduğunda, katmanlı üretim bunu başarmak için kullanılabilecek önemli bir teknolojidir.

Esnek elektronikler dokunmatik yüzey, güneş paneli ve ekran teknolojisini içerebilir; tekstil açısından ise esnek teknoloji, kumaş baskılı devre kartları, tekstil sensör sistemleri ve işlevselleştirilmiş yüzeylerle sonuçlanabilir.

Esnek elektronikler

Giderek daha fazla insan esnek elektroniklerin potansiyelinin farkına varıyor. Küresel esnek ve baskılı elektronik pazarının büyüklüğünün, 2020'de 15 milyar Euro'dan 2030'a kadar tahmini 50 milyar Euro'ya kadar büyük bir büyüme göstermesi bekleniyor; Avrupa en hızlı büyüyen pazarlardan biri olacak. Esnek elektronik teknolojisi sağlık hizmetleri, kişisel mobilite ve inşaat mühendisliği gibi sektörlerde devrim yaratabilir.

Bununla birlikte akıllı tekstillerin gelişimini engelleyen çok sayıda zorluk var. Örneğin, kullanılan pillerin gerekli güç gereksinimlerini karşılaması, esnek, hafif ve yıkanabilir olması gerekir. Ürünler mümkün olduğunca sürdürülebilir olmalı, kullanım ömrü maksimuma çıkarılmalı ve minimum atıkla sonuçlanmalıdır. Maddi zorluklar da var; örneğin kumaşların, yıkama ve ütülemenin yanı sıra esneme ve aşınmadan kaynaklanan mekanik streslere de dayanabilmesi ve standart, otomatik üretime uygun olması gerekiyor.

4D tekstil tasarımının işlevsel konsepti

RWTH Aachen Üniversitesi'nin ITA Institut für Textiltechnik'i, Asys Systems GmbH ile işbirliği içinde geliştirilen akıllı tekstillerin ölçeklenebilir ve esnek üretimi için rulodan ruloya bir üretim hattı yaratıyor. Üretim hattı, serigrafi baskı ve al ve yerleştir süreçlerini kullanarak akıllı tekstillerin seri üretimini mümkün kılıyor. Dahası, modüler tasarımı gelecekteki üretim modüllerinin entegre edilmesini sağlar.

Amaç, prototipleme ve tasarım için son teknolojiye sahip bir mikro fabrika yaratmanın yanı sıra geleceğin gerçek hayattaki öğrenme fabrikasını sunmaktır. Bunu yapmak için çeşitli teknolojiler kullanılıyor; örneğin serigrafi baskı, al ve yerleştir artı optik tanıma ve işbirlikçi robotlarla dağıtıcı baskı.

Dördüncü boyuta hoş geldiniz

Aachen Üniversitesi'nde geliştirilen 'akıllı' tekstiller elektronik değil; şeklini, işlevini ve görünümünü değiştirebiliyor. '4D' tekstiller olarak bilinen bu ürünler, hibrit malzemeler arasındaki karmaşık etkileşim ve dış uyaranların kullanımı yoluyla kullanıcılara ve çevreye uyum sağlayabiliyor. Sonuç olarak tasarım özgürlüğü sağlarlar, özelleştirilebilirler ve malzeme tüketimini azaltırlar. Olası uygulama alanları tüketim malları, araç iç mekanları, tekstil cepheleri ve tıbbi teknolojidir.

4D tekstiller, öngerilmeli tekstiller üzerine 3D baskı polimer malzemeleriyle oluşturulur. Öngerilmeli tekstil üzerine baskı yapılarak baskı noktalarında gergin durum sabitlenir. Tekstil substratı, öngerilme tarafından oluşturulan enerjiyi mekanik olarak depolayabilir. Bu depolanan enerji hedeflenen bir dönüşüm için kullanılabilir.

Otomatik tekstil üretim hattı

Depolanan enerjinin serbest bırakılmasıyla iki boyutlu bir yapı, iki kararlı davranışa sahip üç boyutlu bir yapıya dönüşür. Bu durumda kararlı durumlar yapının iki farklı üç boyutlu formudur. Kararlı durumlar arasındaki değişim, ısı, elektrik veya nem gibi dış uyaranlarla etkinleştirilebilir. Bu, işlevde bir değişikliğe yol açabilir.

RWTH Aachen Üniversitesi'ne bağlı ITA Institut für Textiltechnik, Schneider Technologies ile birlikte şu anda geniş formatlı yazıcı 4D-TexPrint 1.0'ı geliştiriyor. Bu yazıcı, 1m x 1m baskı alanına sahip, öngerilmeli tekstiller üzerine 3D baskı için özel olarak tasarlanmış bir tekstil yazıcısıdır. Yazıcı, tekstili rulolar halinde besleyecek ve baskı işleminden önce kesme ihtiyacını ortadan kaldıracak şekilde tasarlanmıştır. Sürecin sonuçları, daha önce bahsedilen tekstil cepheleri gibi sınırsız yenilik olanaklarına olanak tanıyan geniş alanlı programlanabilir tekstil 4D yapılarıdır.