如何使用4D打印创造智能纺织产品

亚琛工业大学 ITA 纺织技术研究所的 Katarina Winands 解释了熔融沉积成型如何创造“智能”纺织品。

纺织业正在迅速变化。在不远的将来，柔性技术可以创造出“智能”纺织品，这些纺织品将在各个领域产生革命性的、深远的应用。

现代生活意味着不断需要新产品，因为人类的需求在不断变化。然而，减少材料消耗和浪费也很重要。然而，这种冲突可以通过创造能够实现多种功能的适应性材料来解决。就纺织品而言，增材制造是实现这一目标的关键技术。

柔性电子产品可能包括触摸板、太阳能电池板和显示技术——就纺织品而言，柔性技术可以产生织物印刷电路板、纺织品传感器系统和功能化表面。

柔性电子

越来越多的人开始意识到柔性电子产品的潜力。全球柔性和印刷电子产品市场规模预计将大幅增长，从 2020 年的 150 亿欧元增至 2030 年的 500 亿欧元，其中欧洲将成为增长最快的市场之一。柔性电子技术可能会彻底改变医疗保健、个人移动性和土木工程等行业。

然而，智能纺织品的发展仍面临诸多挑战。例如，所用的电池必须满足必要的功率要求，并且灵活、轻便、可清洗。产品必须尽可能具有可持续性，最大限度地延长使用寿命，并尽量减少浪费。此外，还存在材料方面的挑战，例如，织物必须能够抵抗洗涤和熨烫的机械应力以及拉伸和磨损，并适合标准化、自动化生产。

4D纺织品设计的功能概念

亚琛工业大学 ITA 纺织技术研究所正在与 Asys Systems GmbH 合作开发一条卷对卷生产线，用于可扩展且灵活地生产智能纺织品。该生产线使用丝网印刷和拾取和放置工艺实现智能纺织品的批量生产。此外，其模块化设计使未来的生产模块能够集成。

该项目旨在打造一个最先进的原型设计和设计微型工厂，并提供一个未来的真实学习工厂。为此，该项目采用了多种技术，例如丝网印刷和拾取放置以及光学识别，以及使用协作机器人进行分配器打印。

欢迎来到第四维度

亚琛大学正在开发的“智能”纺织品不是电子的，而是可以改变形状、功能和外观的。它们被称为“4D”纺织品，可以通过混合材料之间的复杂相互作用以及使用外部刺激来适应用户和环境。因此，它们可以实现设计自由、可定制并减少材料消耗。可能的应用领域包括消费品、汽车内饰、纺织品外墙和医疗技术。

4D 纺织品是通过在预应力纺织品上 3D 打印聚合物材料而创建的。通过在预应力纺织品上进行打印，拉伸状态在打印点处固定。纺织品基材可以机械地存储预应力产生的能量。这种存储的能量可用于有针对性的转变。

自动化纺织生产线

通过释放储存的能量，二维结构变成具有双稳态行为的三维结构。在这种情况下，稳定状态是结构的两种不同的三维形式。稳定状态之间的变化可以通过外部刺激（例如热、电或水分）激活。这可能导致功能发生变化。

目前，亚琛工业大学的 ITA 纺织技术研究所正与施耐德科技合作开发大幅面打印机 4D-TexPrint 1.0。这款打印机是专为在预应力纺织品上进行 3D 打印而设计的纺织品打印机，打印面积为 1m x 1m。该打印机设计为以卷筒形式进料纺织品，无需在打印过程之前进行切割。该过程的结果是大面积可编程纺织品 4D 结构，从而实现无限的创新可能性，例如前面提到的纺织品立面。