Kako koristiti 4D ispis za izradu pametnih tekstilnih proizvoda

Katarina Winands s ITA Institut für Textiltechnik Sveučilišta RWTH Aachen objašnjava kako modeliranje stopljenog taloženja može stvoriti "pametne" tekstile.

Svijet tekstila se brzo mijenja. U ne tako dalekoj budućnosti, fleksibilna tehnologija mogla bi stvoriti 'pametne' tekstile, koji bi mogli imati revolucionarne i dalekosežne primjene u raznim sektorima.

Suvremeni život znači da su novi proizvodi stalno potrebni jer se ljudske potrebe neprestano mijenjaju. Međutim, također je važno smanjiti potrošnju materijala i otpad. Unatoč tome, ovaj se sukob može riješiti stvaranjem prilagodljivih materijala koji mogu ispuniti više funkcija. U slučaju tekstila, aditivna proizvodnja ključna je tehnologija kojom se to može postići.

Fleksibilna elektronika mogla bi uključivati touchpad, solarnu ploču i tehnologiju zaslona – u smislu tekstila, fleksibilna tehnologija mogla bi rezultirati tiskanim pločama od tkanine, tekstilnim senzorskim sustavima i funkcionaliziranim površinama.

Fleksibilna elektronika

Sve više i više ljudi postaje svjesno potencijala fleksibilne elektronike. Očekuje se da će veličina globalnog tržišta fleksibilne i ispisane elektronike snažno rasti, sa 15 milijardi eura u 2020. na procijenjenih 50 milijardi eura do 2030., a Europa će biti jedno od najbrže rastućih tržišta. Fleksibilna elektronička tehnologija mogla bi revolucionirati sektore uključujući zdravstvo, osobnu mobilnost i građevinarstvo, da spomenemo samo tri.

Ipak, brojni su izazovi koji koče razvoj pametnog tekstila. Na primjer, baterije koje se koriste moraju ispunjavati potrebne zahtjeve za napajanje i biti fleksibilne, lagane i perive. Proizvodi moraju biti što održiviji, s maksimalno produljenim životnim vijekom i minimalnim otpadom. Postoje i materijalni izazovi – na primjer, tkanine moraju biti u stanju odoljeti mehaničkim naprezanjima pranja i glačanja, kao i istezanju i habanju, te moraju biti prikladne za standardiziranu, automatiziranu proizvodnju.

Funkcionalni koncept 4D dizajna tekstila

ITA Institut für Textiltechnik Sveučilišta RWTH Aachen stvara proizvodnu liniju od role do role za skalabilnu i fleksibilnu proizvodnju pametnog tekstila, razvijenu u suradnji s Asys Systems GmbH. Proizvodna linija omogućuje serijsku proizvodnju pametnog tekstila korištenjem sitotiska i procesa pick-and-place. Štoviše, njegov modularni dizajn omogućuje integraciju budućih proizvodnih modula.

Cilj je stvoriti najsuvremeniju mikrotvornicu za izradu prototipa i dizajn, kao i ponuditi tvornicu za učenje u stvarnom životu budućnosti. Da bi se to postiglo, koriste se razne tehnologije – na primjer, sitotisak i pick-and-place plus optičko prepoznavanje, te ispis na dozatoru sa suradničkim robotima.

Dobrodošli u četvrtu dimenziju

'Pametni' tekstil koji se razvija na Sveučilištu u Aachenu nije elektronički, već umjesto toga može promijeniti svoj oblik, funkciju i izgled. Poznati kao '4D' tekstili, mogu se prilagoditi korisnicima i okolišu putem složene interakcije između hibridnih materijala i korištenjem vanjskih podražaja. Kao rezultat toga, omogućuju slobodu dizajna, prilagodljivi su i smanjuju potrošnju materijala. Moguća područja primjene su roba široke potrošnje, interijeri vozila, tekstilne fasade i medicinska tehnika.

4D tekstili nastaju 3D printanjem polimernih materijala na prednapregnutim tekstilima. Tiskom na prednapetu tkaninu fiksira se istegnuto stanje na mjestima tiska. Tekstilna podloga može mehanički pohraniti energiju stvorenu prednaprezanjem. Ova pohranjena energija može se koristiti za ciljanu transformaciju.

Automatizirana linija za proizvodnju tekstila

Oslobađanjem pohranjene energije, dvodimenzionalna struktura postaje trodimenzionalna struktura s dvostabilnim ponašanjem. U ovom slučaju stabilna stanja su dva različita trodimenzionalna oblika strukture. Promjena između stabilnih stanja može se aktivirati vanjskim podražajima kao što su toplina, elektricitet ili vlaga. To može dovesti do promjene funkcije.

U tandemu sa Schneider Technologies, ITA Institut für Textiltechnik Sveučilišta RWTH Aachen trenutno razvija pisač velikog formata 4D-TexPrint 1.0. Ovaj printer je tekstilni printer posebno dizajniran za 3D ispis na prednapregnuti tekstil s površinom ispisa od 1m x 1m. Pisač je dizajniran za ulaganje tekstila u role, eliminirajući potrebu za rezanjem prije procesa tiskanja. Rezultati procesa su programibilne tekstilne 4D strukture velike površine, koje omogućuju neograničene mogućnosti inovacija, poput ranije spomenutih tekstilnih fasada.