4D 프린팅을 활용해 스마트 텍스타일 제품을 만드는 방법

RWTH Aachen University의 ITA Institut für Textiltechnik의 Katarina Winands는 융합 증착 모델링이 어떻게 '스마트' 직물을 만들 수 있는지 설명합니다.

섬유의 세계는 빠르게 변화하고 있습니다. 그리 멀지 않은 미래에는 유연한 기술을 통해 '스마트' 섬유가 탄생할 수 있으며, 이는 다양한 분야에서 혁신적이고 광범위하게 응용될 수 있습니다.

현대 생활은 인간의 요구가 끊임없이 변화함에 따라 끊임없이 새로운 제품이 필요하다는 것을 의미합니다. 그러나 재료 소비와 낭비를 줄이는 것도 중요합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 갈등은 다양한 기능을 수행할 수 있는 적응형 재료를 만들어 해결될 수 있습니다. 직물의 경우 적층 제조는 이를 달성하는 데 사용할 수 있는 핵심 기술입니다.

유연한 전자 장치에는 터치패드, 태양광 패널 및 디스플레이 기술이 포함될 수 있습니다. 섬유 측면에서 유연한 기술은 직물 인쇄 회로 기판, 섬유 센서 시스템 및 기능화된 표면으로 이어질 수 있습니다.

유연한 전자 장치

점점 더 많은 사람들이 유연한 전자 장치의 잠재력을 인식하고 있습니다. 전 세계 플렉서블 및 인쇄 전자 시장의 규모는 2020년 150억 유로에서 2030년까지 약 500억 유로로 크게 성장할 것으로 예상되며, 유럽은 가장 빠르게 성장하는 시장 중 하나가 될 것입니다. 유연한 전자 기술은 의료, 개인 이동성, 토목 공학 등 세 가지 분야를 포함한 분야에 혁명을 일으킬 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 스마트 섬유의 개발을 방해하는 수많은 과제가 있습니다. 예를 들어, 사용되는 배터리는 필요한 전력 요구 사항을 충족해야 하며 유연하고 가벼우며 세척이 가능해야 합니다. 제품은 최대한 지속 가능하게 만들어져야 하며, 수명은 최대화되고 폐기물은 최소화되어야 합니다. 물질적 과제도 있습니다. 예를 들어 직물은 세탁, 다림질, 늘어나거나 마모되는 기계적 응력을 견딜 수 있어야 하며 표준화되고 자동화된 생산에 적합해야 합니다.

4D 텍스타일 디자인의 기능적 개념

RWTH 아헨 대학교 산하 ITA Institut für Textiltechnik은 Asys Systems GmbH와 협력하여 확장 가능하고 유연한 스마트 직물 제조를 위한 롤투롤 생산 라인을 구축하고 있습니다. 생산 라인에서는 스크린 인쇄 및 픽 앤 플레이스 공정을 사용하여 스마트 직물의 대량 생산이 가능합니다. 게다가 모듈식 설계를 통해 미래의 생산 모듈을 통합할 수 있습니다.

목표는 프로토타입 제작 및 설계를 위한 최첨단 마이크로팩토리를 만들고 미래의 실제 학습 공장을 제공하는 것입니다. 이를 위해 스크린 인쇄, 픽 앤 플레이스, 광학 인식, 협동 로봇을 사용한 디스펜서 인쇄 등 다양한 기술이 사용됩니다.

4차원에 오신 것을 환영합니다

아헨대학교에서 개발 중인 '스마트' 섬유는 전자식은 아니지만 모양, 기능, 외관을 변경할 수 있습니다. '4D' 직물로 알려진 이 직물은 하이브리드 소재 간의 복잡한 상호작용과 외부 자극을 통해 사용자와 환경에 적응할 수 있습니다. 결과적으로 디자인의 자유가 가능하고 맞춤화가 가능하며 재료 소비가 줄어듭니다. 가능한 적용 분야는 소비재, 차량 인테리어, 직물 외관 및 의료 기술입니다.

4D 직물은 사전 응력을 받은 직물에 폴리머 재료를 3D 프린팅하여 만들어집니다. 프리스트레스 처리된 직물에 인쇄함으로써 인쇄 지점에서 늘어난 상태가 고정됩니다. 직물 기질은 프리스트레싱에 의해 생성된 에너지를 기계적으로 저장할 수 있습니다. 이렇게 저장된 에너지는 목표한 변환에 사용될 수 있습니다.

자동화된 섬유 생산 라인

저장된 에너지를 방출함으로써 2차원 구조는 쌍안정 거동을 갖는 3차원 구조가 됩니다. 이 경우 안정 상태는 구조의 두 가지 서로 다른 3차원 형태입니다. 안정 상태 간의 변화는 열, 전기, 습기 등 외부 자극에 의해 활성화될 수 있습니다. 이는 기능의 변화로 이어질 수 있습니다.

Schneider Technologies와 협력하여 RWTH Aachen University의 ITA Institut für Textiltechnik은 현재 대형 프린터 4D-TexPrint 1.0을 개발하고 있습니다. 이 프린터는 인쇄 영역이 1m x 1m인 프리스트레스트 직물에 3D 프린팅을 위해 특별히 설계된 텍스타일 프린터입니다. 프린터는 롤에 직물을 공급하도록 설계되어 인쇄 과정 전에 절단할 필요가 없습니다. 프로세스의 결과는 앞서 언급한 직물 파사드와 같이 무한한 혁신 가능성을 가능하게 하는 대면적 프로그래밍이 가능한 직물 4D 구조입니다.