Ziel der Entwicklung
Ziel dieses Forschungsprojektes war die Entwicklung der Verfahrensgrundlagen für die Zusammenführung von Stick- und 3D-Druck Technologie. Durch die Kombination beider Verfahren in einem Versuchsstand sollte die Herstellung komplexer, technischer Textilien für vielfältige Anwendungen verifiziert werden. Im Mittelpunkt stand dabei die funktionsintegrierte Bestückung textiler Flächen mit elektronischen sowie mechanischen Bauelementen, Kabeln, Schlauchsystemen oder selektiven Verstärkungsstrukturen. Als Ergebnis des Forschungsprojektes stehen zwei realisierte Versuchsstände zur Verfügung, auf welchen die entwickelte „Print-Embroidery-Technology“ anhand entsprechender Versuchsreihen verifiziert und somit die Grundlagen der Technologiekombination sowie die jeweiligen Verfahrensparameter aufeinander abgestimmt wurden. Basierend auf den realisierten Versuchsständen, werden nach dem erfolgreichen Projektabschluss diese Grundlagen, zusammen mit einschlägigen Industriepartnern zu einer marktfähigen Fertigungslösung geführt, welche zukünftig die Realisierungsmöglichkeiten komplexer, technischer Textilien für eine große Bandbreite von Anwendungsgebieten ermöglichen wird.
Vorteile und Lösungen
Nach Stand der Technik vor dem Forschungsprojekt war die Realisierung einer zuverlässigen und belastbaren Haftverbindung des ersten gedruckten Layers mit der textilen Substratoberfläche für eine Vielzahl von Textilflächen noch ungelöst. Durch die neuartige Kombination von Stick- und 3D-Drucktechnologie kann nahezu jede Substratoberfläche durch Aufsticken eines Basislayouts, entsprechend 3D-druckgerecht modifiziert werden. Durch die freizügige Auswahl des Garnmateriales kann die Anhaftung des jeweils ersten Drucklayers auf der Textiloberflächen entsprechend durch zusätzlichen Formschluss maximiert werden. Eine weitere, signifikante Neukombination von Sticken und 3D-Drucken bietet das Feststicken der ersten Drucklayer auf der textilen Basisfläche, wobei nach dem Stickvorgang das jeweils herzustellende Bauteil fertiggedruckt werden kann. Unter Verwendung von elektrisch leitfähigen 3D-Druck-Filamenten ist weiterführend die drucktechnische Realisierung elektrischer Verbindungen möglich, um beispielsweise die benötigte Kontaktierung von aufgestickten Kabeln mit elektrischen Bauelementen herzustellen.
Die neuartige Technologiekombination von technischem Sticken und 3D-Drucken wird die Voraussetzung für weitere Verfahrenskombinationen hin zu einer umfassenden additiven Herstellungstechnologie komplexer und funktionsintegrierter, flächiger Baugruppen auf textiler Basis bilden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Gegenwärtig wird unter anderem in der Fahrzeugindustrie nach Lösungen gesucht, flächige, textilbasierte Komponenten beziehungsweise Baugruppen effizienter herzustellen. Aus den Anforderungen an diese Baugruppen innerhalb des jeweiligen Gesamtproduktes ergeben sich besondere Problemstellungen. Neben der Forderung nach Gewichtseinsparung und der Minimierung des erforderlichen Bauraumes, gewinnen Einflussfaktoren, wie kundenspezifische Anpassung und immer kürzer werdende Zeitintervalle zwischen den Modellwechseln des Endproduktes zunehmend an Bedeutung. Dies führt letztlich dazu, dass die zu realisierenden Stückzahlen der entsprechen Baugruppen stark abnehmen, was den gesamten Herstellungsprozess flächiger, textilbasierter Komponenten bzw. Baugruppen vor besondere Herausforderungen stellt. So steigen bei vergleichsweise geringen Stückzahlen die anteiligen Kosten für benötigte Spezialwerkzeuge und Montagevorrichtungen signifikant. Bezüglich dieses Spannungsfeldes wird in der neuartigen Technologiekombination additiver Herstellungsverfahren, wie dem technischen Sticken und dem 3D-Drucken, ein effizienter Lösungsansatz gesehen.
Im Hinblick auf den Endkundenmarkt können deutschlandweit derzeit folgende Produktgruppen als entsprechend relevant zusammengefasst werden: Wohnmobile und Wohnanhänger; Boote und Schiffe; Schienenfahrzeuge; Luft- und Raumfahrzeuge; Gebäudeaußenfassaden und Gebäudeinnenausstattungen; Geräte und Maschinen in denen Faserverbundbauteile zum Einsatz kommen, Werbeindustrie sowie Messe- und Ladenbau.
Bezüglich der differenzierten Betrachtung von Transferunternehmen in Deutschland wird eine mittel- und langfristige Vermarktung der Forschungsergebnisse für folgende Industriebereiche gesehen: Stickunternehmen, Nähereien und Sattlereifirmen als Zulieferer von Komplettbaugruppen auf textiler Basis mit hoher Funktionsintegrität; Hersteller von Faserverbundbauteilen und Faserverbundbaugruppen mit integrierten Zusatzkomponenten, wie mechanischen und/oder elektrischen Inserts; Unternehmen des Stick-, Näh,- und Sondermaschinenbau; Druckkopf- und Druckkopfzubehörhersteller; Hersteller 3D-gerduckter Bauteile und Komponenten; Steuerungs- und Softwareentwickler für kundenspezifische Anlagentechnik.