Ako využiť 4D tlač na vytváranie inteligentných textilných produktov

Katarina Winands z ITA Institut für Textiltechnik z RWTH Aachen University vysvetľuje, ako môže modelovanie taveného nanášania vytvárať „inteligentné“ textílie.

Svet textilu sa rýchlo mení. V nie tak vzdialenej budúcnosti by flexibilná technológia mohla vytvoriť „inteligentné“ textílie, ktoré by mohli mať revolučné a ďalekosiahle uplatnenie v širokej škále odvetví.

Moderný život znamená, že sú neustále potrebné nové produkty, pretože ľudské potreby sa neustále menia. Dôležité je však aj zníženie spotreby materiálu a odpadu. Napriek tomu sa tento konflikt dá vyriešiť vytvorením prispôsobivých materiálov, ktoré môžu plniť viaceré funkcie. V prípade textílií je aditívna výroba kľúčovou technológiou, ktorú možno použiť na dosiahnutie tohto cieľa.

Flexibilná elektronika by mohla zahŕňať touchpad, solárny panel a zobrazovaciu technológiu – pokiaľ ide o textílie, flexibilná technológia by mohla viesť k látkovým doskám s plošnými spojmi, textilným senzorovým systémom a funkcionalizovaným povrchom.

Flexibilná elektronika

Čoraz viac ľudí si uvedomuje potenciál flexibilnej elektroniky. Očakáva sa, že veľkosť globálneho trhu s flexibilnou a tlačenou elektronikou bude masívne rásť, z 15 miliárd EUR v roku 2020 na odhadovaných 50 miliárd EUR do roku 2030, pričom Európa bude jedným z najrýchlejšie rastúcich trhov. Flexibilná elektronická technológia by mohla spôsobiť revolúciu v sektoroch vrátane zdravotnej starostlivosti, osobnej mobility a stavebného inžinierstva, aby sme vymenovali aspoň tri.

Napriek tomu existuje množstvo výziev, ktoré brzdia vývoj inteligentných textílií. Napríklad použité batérie musia spĺňať potrebné požiadavky na energiu a musia byť flexibilné, ľahké a umývateľné. Produkty musia byť vyrobené čo najudržateľnejšie, s maximalizovanou životnosťou a výsledkom bude minimálny odpad. Sú tu aj materiálne výzvy – napríklad látky musia byť schopné odolávať mechanickému namáhaniu pri praní a žehlení, ako aj rozťahovaniu a oderu a musia byť vhodné pre štandardizovanú, automatizovanú výrobu.

Funkčný koncept 4D textilného dizajnu

ITA Institut für Textiltechnik Univerzity RWTH Aachen vytvára rolovaciu výrobnú linku pre škálovateľnú a flexibilnú výrobu inteligentných textílií, vyvinutú v spolupráci s Asys Systems GmbH. Výrobná linka umožňuje sériovú výrobu inteligentných textílií pomocou sieťotlače a procesov pick-and-place. A čo viac, jeho modulárny dizajn umožňuje integráciu budúcich výrobných modulov.

Cieľom je vytvoriť najmodernejšiu mikrofabriku na prototypovanie a navrhovanie, ako aj ponúknuť továreň na učenie v reálnom živote budúcnosti. Na tento účel sa využívajú rôzne technológie – napríklad sieťotlač a vyberanie a umiestňovanie plus optické rozpoznávanie a tlač z dávkovačov s kolaboratívnymi robotmi.

Vitajte vo štvrtej dimenzii

„Inteligentné“ textílie vyvíjané na univerzite v Aachene nie sú elektronické, ale môžu zmeniť svoj tvar, funkciu a vzhľad. Známe ako „4D“ textílie, dokážu sa prispôsobiť používateľom a životnému prostrediu prostredníctvom komplexnej interakcie medzi hybridnými materiálmi a pomocou vonkajších stimulov. Vďaka tomu umožňujú slobodu dizajnu, sú prispôsobiteľné a znižujú spotrebu materiálu. Možné oblasti použitia sú spotrebný tovar, interiéry vozidiel, textilné fasády a medicínska technika.

4D textílie sa vytvárajú pomocou 3D tlačových polymérových materiálov na predpätých textíliách. Tlačou na predpätý textil sa natiahnutý stav zafixuje v miestach potlače. Textilný substrát dokáže mechanicky akumulovať energiu vytvorenú predpätím. Takto uloženú energiu možno využiť na cielenú transformáciu.

Automatizovaná linka na výrobu textilu

Uvoľnením nahromadenej energie sa z dvojrozmernej štruktúry stane trojrozmerná štruktúra s bistabilným správaním. V tomto prípade sú stabilné stavy dve rôzne trojrozmerné formy štruktúry. Zmena medzi stabilnými stavmi môže byť aktivovaná vonkajšími stimulmi, ako je teplo, elektrina alebo vlhkosť. To môže viesť k zmene funkcie.

ITA Institut für Textiltechnik univerzity RWTH Aachen v spolupráci so spoločnosťou Schneider Technologies v súčasnosti vyvíja veľkoformátovú tlačiareň 4D-TexPrint 1.0. Táto tlačiareň je textilná tlačiareň špeciálne navrhnutá pre 3D tlač na predpätý textil s tlačovou plochou 1m x 1m. Tlačiareň je navrhnutá tak, aby podávala textil na kotúčoch, čím sa eliminuje potreba rezania pred procesom tlače. Výsledkom procesu sú veľkoplošné programovateľné textilné 4D štruktúry, ktoré umožňujú neobmedzené inovačné možnosti, ako napríklad už spomínané textilné fasády.