Ziel der Entwicklung
Die Motivation zur Bearbeitung des Themas lag in der Tatsache, dass die additive Fertigung (3D-Druck) in zahlreichen Industrien wachsende Potenziale bietet und mit seinen vielen Vorteilen auch für den Textilbereich zunehmend interessant ist. Es können textile Flächengebilde gezielt partiell bedruckt und damit funktionalisiert werden. Das wohl geeignetste Verfahren für den 3D-Druck auf Textil stellt das Fused Deposition Modeling (FDM)-Verfahren dar. Neben vielen Vorteilen gibt es derzeit auch einen sehr großen Nachteil für die Anwendung des FDM-Verfahrens im textilen Bereich. Die am Markt verfügbaren Filamente sind zum überwiegenden Teil zu hart/starr und verfügen somit nicht über die gewünschte Weichheit, Flexibilität beziehungsweise Dehnbarkeit für eine textile Anwendung. Zum anderen enthalten nur wenige Filamente spezielle Additive, um dem Druck zusätzliche Funktionalitäten (zum Beispiel Reflexion, Flammschutz, Abriebfestigkeit, Leitfähigkeit, antimikrobielle Wirkung) zu verleihen.
Das angestrebte Ziel war daher die Entwicklung von neuartigen funktionalisierten thermoplastischen Filamenten für den 3D-Druck im FDM-Verfahren. Der Fokus des Forschungsvorhabens lag in der Polymerauswahl, der Funktionalisierung mittels geeigneter Additive, die Filamentherstellung und der Druckprozess auf verschiedenen Textilien.
Vorteile und Lösungen
Der Lösungsweg des Projektes umfasste die Polymerauswahl, die Funktionalisierung mittels geeigneter Additive, die Filamentherstellung und der Druckprozess auf verschiedenen Textilien.
Im Rahmen dies Projektes konnten funktionalisierte Filamente auf Basis eines Thermoplastischen Polyurethans entwickelt werden. Diese Filamente wurden auf Gewebe, Gestricke, Gewirke und Spinnvliestoffe aus Polyester, Baumwolle und Polyamid gedruckt. Es werden weiche, dehnbare, abriebfeste, haftfeste und dauerknickbeständige Drucke beziehungsweise partielle Beschichtungen erhalten. Durch das Einarbeiten von Additiven ist es möglich, verschiedene spezielle Funktionen (mikrobizide Wirkung, Flammschutz, optische Effekte) zu realisieren.
Im Rahmen des Projektes entstanden zwei Typen von Demonstratoren: 3D-bedruckte Handschuhe und Knieschoner.
Zielgruppe und Zielmarkt
Im Forschungsvorhaben konnten neuartige funktionalisierte Filamente für den 3D-Druck auf Textil entwickelt werden. Diese ließen sich mittels FDM-Verfahren auf verschiedene Textilien applizieren. Es werden weiche, dehnbare, abriebfeste, haftfeste und dauerknickbeständige Drucke beziehungsweise partielle Beschichtungen erhalten. Dadurch eröffnen sich weitere Möglichkeiten zum Einsatz des 3D-Drucks für textile Anwendungen.
Das Hauptinnovationspotenzial des 3D-Drucks auf Textil liegt in der gezielten partiellen Funktionalisierung oder dem Funktionsdruck. Im Vergleich zu anderen lokalen Funktionalisierungsmethoden wie dem Siebdruck, können Rüstzeiten, Musterungs-, Material- und Energiekosten reduzieren werden. Es sind keine Schablonen und deren Lagerkapazitäten notwendig. Ein Musterwechsel erfolgt lediglich digital, sodass kein aufwendiger Wechsel sowie keine Herstellung erfolgen muss. Durch die Verwendung von thermoplastischen Materialien sind keine zusätzlichen energie- und zeitintensiven Trocknungs- beziehungsweise Vernetzungsschritte notwendig. Zusätzlich werden keine wasser- oder lösemittelhaltigen Systeme eingesetzt. Mit dem ressourceneffizienten und ökologischen FDM-Verfahren können schnell kundenindividuelle Produkte gefertigt werden. Die Individualisierung bis hin zur Stückzahl 1 ist ein zunehmend wichtiges Fertigungskriterium und wird sowohl in der gesamten 3D-Druckindustrie als auch in der Textilindustrie betrachtet.
Gerade für die deutschen KMU der Textilindustrie bietet das neue digitale Verfahren somit die Möglichkeit, spezialisierte, individuelle Produkte anzubieten und so gegen den Wettbewerb der Massenproduktion bestehen zu können. Die Produkte können kundenindividuell gefertigt sowie funktionalisiert werden und erweitern das Produktportfolio von Textilveredlern, -beschichtern und Konfektionären.
Zum jetzigen Zeitpunkt werden als potenzielle Einsatzgebiete besonders Bereiche gesehen, bei denen die Flexibilität, Abriebfestigkeit und das Dauergebrauchsverhalten eine Rolle spielen. Beispielhaft seien hier der Arbeitsschutzbereich (Handschuhe, Schoner), aber auch der Bereich der Medizintextilien (Orthesen und Bandagen) und der Automotive Sektor (funktionelle Dekore) genannt.