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Progreso de la investigación sobre la aplicación de la impresión 3D en textiles inteligentes

Introducción

Con el crecimiento acelerado del mercado de la impresión 3D, la industria textil ha comenzado a innovar y fabricar de diversas maneras utilizando la tecnología de impresión 3D, como textiles, prendas de vestir, accesorios de moda y calzado impresos en 3D. En comparación con los textiles tradicionales, los textiles inteligentes requieren una tecnología de fabricación superior, la tecnología de impresión 3D puede resolver este problema en algún nivel mediante la impresión directa en tres dimensiones utilizando materiales con propiedades inteligentes para fabricar textiles inteligentes. La investigación sobre la aplicación de la tecnología de impresión 3D en el campo de los textiles inteligentes puede proporcionar nuevas ideas para promover el desarrollo, el diseño y la explotación de la industria textil inteligente.

Clasificación de las Smercado Texiliados y Theredero Aplicaciones

Definición de Textiles Inteligentes

Los textiles inteligentes son nuevos textiles que incorporan información material, biológica, química, electrónica y otras tecnologías a los textiles para que puedan sentir, reaccionar, ajustarse o adaptarse a diferentes estímulos (luz, temperatura, humedad, solventes, electricidad, magnetismo, etc.). ), así como continuar con sus propias propiedades. Se puede dividir en dos categorías: una son los textiles inteligentes "pasivos", que tienen la capacidad de cambiar su desempeño después de ser estimulados por el medio ambiente. Por ejemplo, los textiles con memoria de forma, los textiles hidrofóbicos o hidrofílicos, etc. pertenecen a esta categoría. Otra categoría de textiles inteligentes “activos” es la capacidad de transformar parámetros de contenido en información de transmisión por medio de sensores y actuadores. Estos textiles inteligentes "activos" pueden detectar diferentes señales ambientales, como la temperatura, la intensidad de la luz y la contaminación, y proporcionar retroalimentación a las señales ambientales utilizando varios actuadores miniaturizados, flexibles y basados ​​​​en tela, que incluyen pantallas textiles, dispositivos de microvibración y la luz emite diodos. Con el avance de tecnologías como los no tejidos de nanofibras, las fibras conductoras, las fibras ópticas de plástico, el grafeno, los nanotubos de carbono, los sensores y componentes electrónicos pequeños y las baterías microdelgadas, el crecimiento del mercado de los textiles inteligentes ha recibido un gran impulso.

textiles inteligentes e impresión 3D
Clasificación de Textiles Inteligentes

Los textiles inteligentes se utilizan ampliamente en los campos del transporte, la energía y la medicina, la protección, la seguridad, la comunicación y otros productos electrónicos, y se pueden clasificar en cambio de color inteligente, control de temperatura, memoria de forma, textiles impermeables y permeables a la humedad, textiles activos y textiles electrónicos inteligentes según a las diferentes funciones.

Textiles inteligentes que cambian de color

Los textiles inteligentes que cambian de color son textiles que pueden mostrar diferentes colores con cambios en las condiciones ambientales externas, como la luz, la temperatura, la presión, etc. Estos textiles inteligentes incluyen principalmente textiles fotocrómicos, textiles termocrómicos, textiles electrocrómicos, textiles termocrómicos, textiles de presión cromática. , y textiles húmedo-crómicos. Los textiles fotocromáticos producen una transformación reversible entre dos formas con diferentes espectros de absorción por irradiación de luz, principalmente en forma de cambio de color según la fuente de luz, y el color original se puede restaurar después de que desaparece la fuente de luz. Los textiles termocrómicos pueden cambiar su color de acuerdo con el cambio de la temperatura ambiente, y su cambio de color se basa principalmente en el mecanismo de cambio de pH y el mecanismo de ganancia/pérdida de electrones. Los textiles electrocrómicos utilizan principalmente una estructura de sándwich plana o una estructura lineal, en la que se envuelven varios electrodos de fibra para lograr el efecto de cambio de color de las fibras ajustando la composición de dopaje y la proporción de materiales que cambian de color o cambiando la estructura química de un solo material electrocrómico. . Los textiles electrotérmicos que cambian de color se refieren al cambio de color reversible de ciertos materiales de fibra debido al calor Joule bajo el efecto de la alternancia de voltaje positivo y negativo. Este tipo de tejido es un tejido inteligente que cambia de color y combina efectos electrocrómicos y termocrómicos, cuyo principio fundamental es el termocrómico. Los textiles piezocerámicos cambian de color al detectar el área de la tela bajo presión a través de una matriz formada por el entretejido de fibras conductoras en urdimbre y trama.

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Smart Ttextiles con control de temperatura

La transferencia de calor entre el cuerpo humano y el medio ambiente depende en gran medida de los efectos sinérgicos de la temperatura ambiente, el movimiento del aire, el calentamiento radiante promedio, la humedad relativa y las prendas textiles. Los materiales textiles tradicionales, incluidos el algodón, el poliéster, la lana y el nailon, tienen desventajas en el control de la temperatura. Por ejemplo, cuando se usa algodón para evitar la pérdida de calor en el frío invierno, aumentar el grosor es la única forma, sin embargo, el rendimiento del calor es limitado. En el caluroso verano, el algodón tampoco puede bloquear la radiación infrarroja. Por lo tanto, el desarrollo de textiles inteligentes con control de temperatura permite que los textiles interactúen con el cuerpo humano para controlar la producción de energía y regular la temperatura corporal. Los textiles inteligentes con control de temperatura se pueden dividir en dos categorías según sus mecanismos: la primera categoría se refiere a los textiles que pueden detectar y responder a los estímulos ambientales sin energía de entrada. Su estructura física o química puede cambiar en respuesta a cambios en la temperatura ambiente. Por ejemplo, los materiales de cambio de fase, que pueden absorber o liberar calor en respuesta a cambios ambientales, son uno de los principales materiales para textiles inteligentes con control de temperatura. Los textiles fusionados con materiales de cambio de fase pueden formar un sistema de regulación de energía, que está diseñado para mantener la temperatura del cuerpo humano a una temperatura constante, para que las personas no sientan demasiado frío o demasiado calor, y reduzcan la producción de energía del cuerpo entre el calor y el frío. postes La segunda categoría son los textiles que pueden convertir el calor corporal en electricidad. Por ejemplo, los materiales termoeléctricos (TE) basados ​​en el efecto Seebeck se utilizan en el campo textil y han demostrado su gran potencial. Los materiales TE utilizan este efecto para convertir energía de alta entropía directamente en electricidad. Además, los materiales TE también pueden convertir energía eléctrica en energía térmica para refrigeración o calefacción.

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Textiles con memoria de forma

Los textiles con memoria de forma son textiles con excelentes propiedades como memoria de forma, alta tasa de recuperación, resistencia al impacto y buena adaptabilidad bajo condiciones externas como temperatura, pH, electricidad, luz, campo magnético y solventes al colocar materiales con función de memoria de forma en a través del tejido o el acabado. Los textiles con memoria de forma se pueden dividir en aleaciones y polímeros por material. Las aleaciones con memoria de forma son materiales metálicos especiales que pueden recuperar su forma original después de haberles dado una determinada forma mediante el calentamiento, la irradiación o el tratamiento químico adecuados. Los polímeros con memoria de forma, como una clase de materiales poliméricos, se usan ampliamente debido a su amplia gama de opciones de memoria de temperatura, materia prima y procesamiento livianos y fáciles, y grandes variables de forma recuperables. Los polímeros con memoria de forma se pueden fabricar en fibras con memoria y luego tejer a partir de las fibras en textiles con función de memoria; También se puede convertir en solución de acabado, post-acabado de telas ordinarias, de modo que los textiles con función de memoria de forma. Después de los textiles de post-acabado con memoria de forma, su rendimiento de memoria se debilitará lentamente con el aumento de los tiempos de lavado, o incluso desaparecerá; Mientras que las fibras con memoria de forma tejidas a partir de los textiles, sus características de memoria y la naturaleza de la fibra en sí, algunos materiales pueden mantener permanentemente las características de memoria de forma.

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 Textiles impermeables y permeables a la humedad

Los textiles impermeables y transpirables, también conocidos como “textiles transpirables”, son textiles que no se humedecen con el agua bajo una cierta presión de agua, lo que los hace repelentes al agua, y al mismo tiempo, el sudor emitido por el cuerpo humano puede ser conducido a la exterior del textil en forma de vapor de agua, haciendo que la gente se sienta incómoda. El principio de los textiles repelentes al agua y permeables a la humedad es la difusión de moléculas de gas de concentraciones altas a bajas a través del espacio del hilo. Incluye principalmente los siguientes cuatro tipos: los textiles de alta densidad están hechos de hilo de algodón peinado de alto recuento o fibras sintéticas ultrafinas con una textura particularmente densa, el uso de cambiar la estructura de la tela para lograr el propósito de impermeabilidad y permeabilidad a la humedad; Los textiles impermeables y permeables a la humedad de membrana microporosa utilizan la diferencia entre el diámetro de las gotas de agua y el diámetro de las moléculas de vapor de agua para desempeñar un papel impermeable y resistente a la humedad; Los textiles impermeables y a prueba de humedad de membrana no porosa utilizan hidrofilicidad molecular para aumentar la superficie de la membrana impermeable. a través de una alta permeabilidad a la humedad para lograr una excelente disipación de calor y un efecto de sudoración, y un tejido de baja temperatura a través de una baja permeabilidad a la humedad para reducir la disipación de calor y mejorar el calor.

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Textiles activos inteligentes

Los textiles activos inteligentes cambian su forma estructural en respuesta a estímulos aplicados como temperatura, presión, corriente eléctrica, luz, humedad y solventes para producir activación, detección, cambio de color y recolección de energía. Con las ventajas de alta tensión, alta adaptabilidad, alta tasa de salida máxima y propiedades mecánicas estables, ahora se usan con más frecuencia en robots blandos, dispositivos electrónicos portátiles, camuflaje dinámico y aplicaciones biomédicas. Mientras que la jerarquía tradicional de fabricación de textiles se basa en el material de la fibra, la estructura del hilo y la forma del textil, los textiles activos inteligentes se desarrollan en función del nivel estructural de los textiles. Al agregar materiales activos como hidrogel, nanotubos de carbono, grafeno y chips duales a la composición de la fibra, se mantienen las características básicas de los materiales de fibra textil y se agregan nuevas características activas. La estructura del hilo es el segundo paso de la jerarquía textil activa inteligente, que modifica las propiedades mecánicas del material de fibra original mediante la aplicación de tensión previa y restricción. Las principales deformaciones estructurales de los hilos activos son la estructura en espiral retorcida, la estructura porosa, la estructura de malla reticulada, la estructura en sándwich y la estructura coaxial híbrida. Los parámetros involucrados en este proceso incluyen el número de filamentos en paquetes y la torsión aplicada por unidad de longitud, lo que ajusta aún más la rigidez a la flexión, la resistencia a la rotura y la tasa de estiramiento por deformación del hilo. Finalmente, las propiedades mecánicas de las fibras e hilos activos se pueden ajustar aún más mediante el uso de procesos de fabricación como tejido, tricotado o trenzado para convertir los hilos activos en formas textiles.

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Textiles electrónicos inteligentes

Los textiles electrónicos inteligentes combinan textiles con tecnología de la información electrónica mediante la incorporación de sensores y dispositivos de comunicación en los textiles, y luego recopilan y analizan los datos generados por los dispositivos en los textiles y brindan retroalimentación a través de tecnologías como Internet de las cosas, inteligencia artificial y computadoras. Los textiles electrónicos inteligentes consisten en componentes electrónicos tales como unidades de procesamiento distribuidas, varios sensores, dispositivos de interacción humano-computadora y sistemas de suministro de energía, etc. Hay tres formas principales de implementar estos componentes electrónicos en textiles inteligentes: la primera forma es integrar los existentes componentes electrónicos en textiles. La ventaja es que el proceso de producción es relativamente simple, pero si los componentes electrónicos utilizados son demasiado grandes, también hay problemas que afectan el uso y el lavado por parte del usuario. La segunda forma es utilizar materiales textiles y tecnología de fabricación textil para producir componentes electrónicos. Aunque el proceso de integración es más fácil, los materiales textiles y la tecnología de fabricación textil pueden producir un tipo limitado de componentes electrónicos. La tercera implementación es producir y usar fibras para proporcionar alguna funcionalidad electrónica.

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Clasificación y características de la tecnología de impresión 3D

Definición de impresión 3D

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es una tecnología que utiliza archivos de modelos digitales 3D como base para construir objetos imprimiendo capa por capa utilizando materiales adhesivos como metales en polvo o plásticos. El proceso de impresión 3D consta de tres pasos principales: modelado, impresión y posprocesamiento. El diseño CAD se realiza mediante un software de diseño o un escáner 3D, los archivos digitales se transfieren al sistema de impresión 3D, los parámetros relevantes se configuran para comenzar a imprimir y es posible que se requiera un procesamiento posterior del objeto impreso mediante esmerilado, teñido y pegado después de la impresión. terminado. La tecnología de procesamiento tradicional es principalmente el procesamiento mecánico mediante el corte o corte de materiales, mientras que la impresión 3D es lo opuesto al procesamiento de corte tradicional mediante el apilamiento de capas. En comparación con el mecanizado tradicional, las ventajas de la impresión 3D son un procesamiento más rápido de piezas complejas, un rendimiento de diseño mejorado de productos funcionales, un proceso de diseño de productos más rápido, moldeado integrado para reducir el proceso de ensamblaje, herramientas de fabricación más simples, mayores ahorros de energía y costos de producción reducidos de múltiples productos en una línea común. Por lo tanto, la impresión 3D se ha utilizado en los campos de la biomedicina, aeroespacial, creatividad cultural y entretenimiento digital, fabricación industrial e ingeniería de la construcción, e incluso tiene un lugar en el campo de la educación.

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Clasificación tecnológica de la impresión 3D

La tecnología de impresión 3D se usa ampliamente en procesos de moldeo, incluido el moldeo por fotocurado (SLA), la sinterización selectiva por láser (SLS), el moldeo por deposición fundida (FDM), la fusión selectiva por láser (SLM), el moldeo por láser cercano a la red (LENS), la fusión por haz de electrones (EBM), fabricación de sólidos en capas (LOM), tecnología de pulverización multicabezal (PolyJet), inyección de adhesivo (Binder Jetting), etc. En la industria textil y de la confección, las tecnologías FDM y SLS son las más utilizadas, además de SLA. , PolyJet, Binder Jetting y otras tecnologías. Las diferentes formas de proceso de moldeo se pueden dividir en 7 tipos, como se muestra en la Tabla 1. Las diferentes tecnologías de impresión 3D utilizan diferentes materiales, FDM utiliza principalmente polímeros termoplásticos para la impresión, como ABS, PLA, PC, TPU, PVC, PPS, etc. SLS y SLA son teóricamente lo mismo, pero la diferencia es que SLS utiliza un láser para sinterizar polvo, como polvo de nailon, polvo de metal, etc. También hay varios tipos de materiales como plásticos, metales, cerámica, vidrio, papel. , madera, ingredientes, cáscaras de coco, lana, lino, etc. utilizados para la fabricación. PLA y TPU son termoplásticos con buena flexibilidad, resistencia a la corrosión y resistencia a la abrasión, y Bentley es acrilonitrilo butadieno estireno fabricado por Orbi-Tech. Según estudios recientes, las propias fibras naturales y sintéticas pueden utilizarse como materiales de impresión 3D a medida que continúa el desarrollo de materiales. En la fabricación de textiles impresos en 3D, las propiedades físicas en las que hay que centrarse son la suavidad. Además, se deben cumplir las propiedades básicas requeridas de los materiales textiles, como la resistencia a la tracción, la resistencia a la abrasión, la transpirabilidad, etc.

Apoyo técnico Claificación y Ccaracterísticas de 3D Printiendo

 

Forma material

 

Proceso de manufactura Clasificación de procesos
Material liquido Moldeo por fotocurado Curado punto por punto (SL LTP BIS)
Curado capa por capa (SGC)
Curado de interferencia holográfica (HIS)
Fundición eléctrica Fundición eléctrica (ES)

 

Refrigeración y curado Curado punto por punto (BPM, FDM, 3DW, ASP)
Curado capa por capa (SDM, PVD, CVD)
 

material de capa fina

Material delgado adherido con adhesivo termofusible Material delgado adherido con adhesivo termofusible (LOM)

 

Material delgado de unión ligera Material delgado de unión ligera (SFP)
 

Partículas de polvo

Refrigeración por fusión en caliente Sinterización y fusión por láser (SLS, GPD, SLM, EBM)
Partículas de polvo de unión adhesiva Partículas de polvo de unión adhesiva por un aglutinante (3DP, SF, TSF)

Ventajas de los textiles inteligentes impresos en 3D

La tecnología de impresión 3D abre nuevos caminos y ofrece muchas posibilidades nuevas para la fabricación eficiente de textiles inteligentes. Simplifica los métodos de fabricación tradicionales y reduce la complejidad de la fabricación a través de múltiples procesos de moldeo. En comparación con la fabricación convencional, la impresión 3D tiene cinco ventajas clave en el campo de los textiles inteligentes: costo, velocidad, innovación, calidad e impacto.

Reducción significativa de los costes de fabricación.

Los textiles inteligentes impresos en 3D se pueden crear prototipos o fabricar directamente sin el uso de herramientas y moldes, lo que puede significartReduzca fácilmente el ciclo del prototipo del producto y ahorre en costos de herramientas. Dado que el proceso de fabricación se realiza de forma independiente mediante impresoras 3D, no es necesario comprar varias máquinas, lo que también elimina algunos de los costos de compra y mantenimiento del equipo. Además, la velocidad de fabricación es muy rápida, desde el modelo digital CAD hasta la finalización de la producción es mucho más rápida que los métodos tradicionales de procesamiento y moldeado, cuando se utiliza la tecnología de impresión 3D para fabricar textiles inteligentes, porque el material se agrega capa por capa de forma controlada. manera, reduciendo el desperdicio de material, ahorrando tiempo y costos económicos. Además, la impresión 3D acorta la cadena de suministro y elimina la necesidad de inventario, almacenamiento, embalaje y transporte, lo que también reduce los costos en comparación.

El proceso de fabricación se simplifica de manera efectiva.

La producción de textiles inteligentes requiere resolver muchos problemas, como el uso de hilos no convencionales para tejer, reducir el daño a los hilos de urdimbre y trama durante el proceso de tejido y mantener la formabilidad de telas especialmente estructuradas. En comparación con la fabricación tradicional, la tecnología de impresión 3D ha reducido en gran medida el proceso de fabricación y las dificultades de fabricación, principalmente en términos de un diseño de producto más rápido, menos redundancia en la fabricación integrada y herramientas de fabricación más sencillas, tanto para la impresión de hilos como para las formas textiles.

 Combinación de múltiples materiales.

Parte de la funcionalidad de los textiles inteligentes se refleja en el uso de materiales de fibra inteligente, es decir, para crear fibras inteligentes se tendrán diferentes propiedades de materiales combinados en una sola estructura de fibras, mientras que las máquinas tradicionales en el proceso de formación de telas no lo son. fácil de integrar una variedad de materiales para tejer. En otros campos, hay una variedad de materiales para aplicaciones de moldeo por inyección mixto, pero el costo es alto y la calidad del moldeo es desigual. A diferencia de la tecnología de impresión 3D, es posible mezclar diferentes materiales en la misma máquina, lo que brinda posibilidades innovadoras para el desarrollo de nuevas funciones en textiles inteligentes.

 Mejorar la calidad del rendimiento de la tela.

La tecnología de impresión 3D mejora el rendimiento de la tela desde dos aspectos: el primero es el material de impresión, mediante el uso de materiales con propiedades especiales para la fabricación de telas, el excelente rendimiento del material afecta directamente las propiedades de rendimiento de la tela. El segundo es la estructura de impresión, la estructura de impresión de la tela al cambiar el espacio entre la urdimbre y la trama del hilo, el grosor y la disposición de la forma para mostrar una calidad de rendimiento diferente. Además, en el proceso de fabricación tradicional, debido a las limitaciones de las herramientas de fabricación y los métodos de proceso, las estructuras complejas y las superficies demasiado curvas y retorcidas son difíciles de procesar, en cambio, la fabricación con impresión 3D tiene la ventaja de lograr cualquier forma compleja porque la tecnología no está sujeta a las limitaciones técnicas del proceso de fabricación tradicional.

 Lograr una fabricación sostenible

La contaminación ambiental causada por la industria textil tradicional involucra principalmente los procesos de procesamiento de materias primas, producción textil, teñido y acabado, como la gran cantidad de ruido generado por el equipo, las aguas residuales causadas por el cambio de tamaño, hervido, blanqueo y lavado, la gran cantidad de energía consumida en el proceso de calentamiento de los equipos, y los residuos generados en el proceso de fabricación del material de reducción, todo lo cual puede causar contaminación ambiental. La impresión 3D es una tecnología de fabricación aditiva de una sola pieza, que reduce el ciclo de fabricación de textiles y básicamente no produce gases residuales ni aguas residuales, y algunos de los residuos recuperados pueden reciclarse.

Tipos de aplicaciones de la tecnología de impresión 3D en el campo de los textiles inteligentes

Los textiles inteligentes pueden contener fibras ópticas, materiales de cambio de fase, productos químicos u otros componentes electrónicos que agregan nuevas funciones a los textiles ordinarios. Cada vez más materiales textiles intentan utilizar la tecnología de impresión 3D para crear directamente textiles inteligentes con funciones complejas. La investigación actual se centra en componentes electrónicos conductivos, con memoria de forma, regulación de temperatura y flexibles.

Impresión 3D de textiles conductores inteligentes

El método más común para desarrollar textiles conductores es unir materiales conductores a la superficie de la tela, lo que se puede lograr mediante laminación, recubrimiento, impresión, rociado, recubrimiento iónico, recubrimiento químico, metalización al vacío, pulverización catódica y deposición química de vapor. etc. Las impresoras 3D son capaces de imprimir con precisión las formas definidas. De esta manera, se pueden conectar hilos o revestimientos conductores, especialmente con componentes SMD (dispositivos montados en superficie) sin cables. Al mismo tiempo, la impresión 3D permite ajustar la estructura de los componentes electrónicos para conseguir el estado estructural más adecuado con el tejido. Grimmelsmanna et al. de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Bielefeld, Alemania, utilizó tecnología de impresión 3D para imprimir directamente en un tejido que contenía rutas de circuitos tejidas con hilos conductores Shieldex para que los objetos impresos en 3D se conectaran como cables conductores a pequeños componentes electrónicos, lo que permitía que el textil emiten luz, como se muestra en la Figura 1. Como sustrato textil, se seleccionó un tejido de punto de ganchillo de una sola cara con un efecto de textura y una superficie relativamente compacta y uniforme para permitir que el material impreso en 3D se adhiriera mejor al tejido. El desarrollador diseñó un componente electrónico SMD-LED, que se fabricó en la superficie del sustrato textil utilizando tecnología FDM. La parte conductora negra se utiliza principalmente para la conexión eléctrica y está hecha de filamento PLA conductor Proto-Pasta a una temperatura de extrusión de 207 °C y una temperatura de cama de impresión de 60 °C. La altura de la capa es de 0.2 mm y la estructura está rellena. La parte blanca es el filamento PLA normal, que sirve de fijación y conexión. El filamento negro con propiedades conductoras está conectado al hilo Shields para iluminar los LED del tejido. Las piezas impresas en 3D actúan como resistencias en serie para proteger los LED de los voltajes de aplicación excesivos que pueden afectar su funcionamiento normal. Cuando la resistencia interna es baja, el brillo de los LED es menor porque los LED y las piezas impresas en 3D están conectadas a la resistencia en serie para funcionar como divisores de voltaje y la caída de voltaje es mayor a resistencias más altas.

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 textiles impresos inteligentes con control de temperatura

Existen varios tipos de textiles inteligentes con regulación de temperatura, como los textiles de regulación de temperatura y humedad más comunes disponibles actualmente en el mercado, que se utilizan para reducir la temperatura corporal eliminando el exceso de humedad. Sin embargo, estos textiles solo pueden activarse cuando el aire entre el cuerpo y la tela tiene un alto nivel de humedad, lo que limita su aplicación a bajos niveles de humedad. Existen otras técnicas de control de temperatura, incluidos los textiles de bolsillo frío con materiales de cambio de fase, los textiles enfriados por aire y los textiles enfriados por líquido, pero todos también tienen sus limitaciones. Los investigadores han trabajado mucho en el desarrollo de textiles termorregulados para resolver estos problemas. Un material compuesto con nanoláminas de nitruro de boro (BNNS) incrustadas en una matriz polimérica de alcohol polivinílico (PVA) se imprimió en 3D en la Universidad de Maryland para fabricar textiles inteligentes con temperatura controlada que pueden reducir la temperatura corporal rápidamente, como se muestra en la Figura 2. Los BNNS tienen una estructura bidimensional y una conductividad térmica en el plano de hasta 2,000 W/(mK). Para utilizar las propiedades térmicas en el plano de los BNNS, las láminas deben tener una buena orientación de alineación y una dispersión uniforme. Se puede lograr una dispersión uniforme porque los BNNS pueden promover la estabilización estructural al absorber polímeros cuando se sonican en una solución de PVA. Además, durante la impresión de fibra y el procesamiento posterior de estirado en caliente, las fibras nanocompuestas se introdujeron mediante flujo extensional uniaxial en el que los BNNS formaron orientaciones bien alineadas, lo que resultó en caminos de energía para la transferencia de calor de fonones. La naturaleza altamente orientada e interconectada de los BNNS proporciona rutas térmicas adicionales, lo que mejora de manera efectiva el rendimiento térmico de las fibras compuestas de a-BN/PVA. Los textiles a-BN/PVA pueden liberar calor adicional generado por el cuerpo humano a lo largo de las fibras. Los textiles liberan el calor adicional generado por el cuerpo humano a lo largo de las fibras hacia el entorno circundante, proporcionando así un microclima térmicamente agradable para enfriar el cuerpo humano.

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Textiles con memoria de forma impresos en 3D

El polímero con memoria de forma es un polímero que recuerda su forma original, cambia su forma bajo ciertas condiciones y vuelve a su forma original aplicando estímulos como calor, electricidad y campos magnéticos. Los polímeros con memoria de forma se usan más comúnmente en el ácido poliláctico (PLA), que también es un material comúnmente utilizado en la impresión 3D y, por lo tanto, se puede producir mediante tecnología de impresión 3D. La investigación actual sobre el uso de la tecnología de impresión 3D para imprimir polímeros con memoria de forma se relaciona principalmente con dos aspectos del material, uno es el uso de PLA 100% puro como polímero con memoria de forma, pero dado que el material PLA se puede extender hasta al 10% [41], la estructura debe diseñarse para superar esta limitación antes de la impresión. Este problema fue resuelto por Langford et al. usando una estructura de origami en espiga, como se muestra en la Figura 3. La Figura 3(a) muestra un objeto impreso en 3D con una estructura de origami en espiga. La Figura 3(b) muestra que cuando se pliega, el volumen del objeto se vuelve más pequeño. Cuando se despliega, el volumen del objeto se vuelve más grande, pero aparecen algunas pequeñas grietas en el objeto, como se muestra en la Figura 3 (c). La tasa de recuperación constante habitual del filamento PLA es de alrededor del 61 %, mientras que la tasa de recuperación de la estructura de origami en espiga aumenta a alrededor del 96 %. Otra categoría es la impresión 3D utilizando compuestos PLA. guido Ehrmann, Andrea Ehrmann, utilizando una impresora 3D FDM, formaron una mezcla sólida mezclando 80 % PLA con 20 % Fe₃O₄ y triturándola, luego la extruyeron en una extrusora de doble tornillo. Se imprimió una estructura porosa trabecular ósea [42], como se muestra en la Figura 4. Al aplicar un campo magnético alterno de 30 kHz, se logró una recuperación de la forma de más del 95 % después de solo 14 a 24 s. Además de estas posibilidades, el PLA se puede mezclar con otros polímeros para crear objetos con propiedades de recuperación. Por ejemplo, la adición de hidroxiapatita (HAP), fibra de carbono, titanato de bario y amida de poliéster (PEA) al PLA puede tener un impacto en la tasa de recuperación dependiendo de la dosis agregada, la configuración de los parámetros de impresión y los factores externos. impuestas para lograr la recuperación de la forma. Estos polímeros con memoria de forma impresos en 3D se pueden usar para fabricar telas con memoria de forma para usar en textiles inteligentes.

 

textiles inteligentes e impresión 3D

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Textiles electrónicos inteligentes impresos en 3D

Los textiles electrónicos inteligentes integran componentes electrónicos como sensores, microcontroladores, actuadores, dispositivos de conexión y fuentes de energía. Los componentes electrónicos tradicionales están hechos principalmente de metal, plástico y otros materiales, que son propensos a sufrir deformaciones irreversibles cuando se doblan, tuercen, estiran y otras situaciones, lo que afecta el funcionamiento normal de los componentes electrónicos, pero el uso de materiales flexibles puede compensar por los problemas anteriores. Estos componentes electrónicos flexibles no solo pueden proporcionar funciones portátiles para la vida diaria de las personas, sino que también se pueden usar para monitorear la información de salud del cuerpo humano debido a su capacidad de interactuar con la piel humana. Sin embargo, la tecnología de procesamiento tradicional de componentes electrónicos flexibles tiene limitaciones para el procesamiento de componentes electrónicos con estructuras funcionales complejas. Por lo tanto, la impresión 3D está atrayendo la atención como un proceso rápido de creación de prototipos en 3D. En la actualidad, varias tecnologías de impresión 3D se han utilizado ampliamente para dispositivos electrónicos estructurales, y se han aplicado materiales cada vez más flexibles a las tecnologías de impresión 3D para aumentar la adaptabilidad a los diferentes requisitos funcionales de los productos. Por ejemplo, Yang Hui et al [43] utilizaron la reacción química de PCL10K y metacrilato de etilo isociánico para sintetizar policaprolactona (PCL), que se puede utilizar como material flexible para la impresión 3D. La policaprolactona (PCL) se imprimió en un dispositivo flexible con una impresora SLA comercial y se recubrió con materiales conductores, como nanopartículas de plata o nanotubos de carbono (CNT), para formar un dispositivo electrónico flexible impreso en 3D con propiedades de memoria de forma, como se muestra en la Figura 5. Entre ellos, el dispositivo de la Fig. 5(a) consta de un objeto impreso en polímero con memoria de forma en 3D. La figura 5(b) muestra un sensor de temperatura eléctrico flexible fabricado mediante la adición de nanopartículas de plata a la superficie del objeto impreso en 3D con propiedades de memoria de forma mediante un proceso de sinterización a temperatura ambiente. En la Fig. 5(c), cuando el sensor de temperatura eléctrico flexible encuentra un aumento de temperatura, su forma cambia de un circuito abierto a un circuito cerrado y enciende un diodo emisor de luz. El sensor flexible con comportamiento de memoria de forma impreso con tecnología de impresión 3D no solo brinda nuevas funciones a los dispositivos electrónicos, sino que también desempeña un papel importante en la mejora de la calidad del producto y cambia la forma en que las personas interactúan con los dispositivos electrónicos.

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Desarrollo Trend de 3D Printiendo Smercado Texiliados

Al aplicar la tecnología de impresión 3D a los textiles inteligentes, la exploración de nuevos materiales, combinaciones de materiales, hilos combinados y procesamiento básico de componentes de telas, incluidas nuevas fibras, formas de hilos y estructuras de telas, entrará en un campo completamente nuevo. Se puede lograr una amplia gama de aplicaciones en términos de funciones de protección, comodidad y cuidado de la salud, desempeño de fácil cuidado, apariencia y forma, desempeño de facilidad de uso y características ambientales. Actualmente, existen tres aplicaciones tecnológicas de los textiles inteligentes impresos en 3D: la más común es la impresión 3D directamente sobre textiles, que puede agregar nuevas funciones a los textiles existentes. El enfoque de esta tecnología es la adhesión entre textiles y materiales de impresión 3D. El grado de adherencia de los diferentes materiales sobre el tejido, además de las propiedades de calentamiento de los dos materiales, también está relacionado con la configuración de los parámetros de impresión, como la temperatura de impresión, la velocidad de impresión, la tasa de llenado, el ángulo de alineación, etc. Basado en la combinación de sustratos textiles suaves y cómodos y materiales duros, estos productos se utilizarán más ampliamente en rehabilitación médica y protección de seguridad en el futuro. El segundo aspecto es imprimir en 3D diferentes estructuras textiles, para que tengan algunas funciones inteligentes y se utilicen ampliamente en robótica, ropa, construcción y otros campos. El tercer aspecto es el uso de materiales flexibles para la impresión 3D, el desarrollo de materiales flexibles aún está en pañales, con el rápido desarrollo de materiales elásticos en el futuro, la impresión 3D de textiles inteligentes puede proporcionar una buena transpirabilidad y permeabilidad a la humedad al tiempo que brinda múltiples funciones Se espera que tanto la impresión 3D directa en textiles como la impresión estructural de textiles inteligentes utilizando diferentes materiales compuestos se produzcan comercialmente en grandes volúmenes en el futuro.

La impresión 3D es una tecnología para crear modelos sólidos basados ​​en un modelo digital 3D con una acumulación controlada por computadora de materiales discretos capa por capa. Aunque la mayoría de las impresoras 3D funcionan de acuerdo con estos principios y procesos de trabajo, los diferentes tipos de impresión 3D tienen diferentes limitaciones técnicas. Los principales tipos de materiales utilizados en la impresión 3D son materiales líquidos, materiales sólidos y materiales en polvo, y el proceso de impresión con el mismo material puede ser diferente, y el mismo material en polvo se usa para la impresión 3D, pero el proceso SLS requiere el El proceso SLS requiere el precalentamiento del polvo para reducir la deformación y el polvo pegajoso durante el proceso de impresión, mientras que el proceso BJ no requiere el paso de precalentamiento del polvo. Además, algunas tecnologías optan por agregar nuevos componentes con diferentes propiedades al material impreso para darle funciones especiales al textil, y cuando se imprime con nuevos materiales, se deben restablecer parámetros como la temperatura de impresión y la velocidad de impresión. Las estructuras del proceso de impresión 3D requieren principalmente un procesamiento posterior para crear textiles inteligentes con una buena calidad de superficie, propiedades mecánicas y funcionalidad. El posprocesamiento incluye principalmente la eliminación de las estructuras de soporte, el pulido, la coloración, la formación mejorada, el tratamiento de conservación fuerte y duradero y el recubrimiento de la superficie. Aunque el posprocesamiento compensa la falta de modelos impresos, también aumenta el proceso de operación y el tiempo de producción. En la actualidad, los textiles inteligentes impresos en 3D se han desarrollado y mejorado rápidamente, pero existen ciertos defectos y áreas de mejora en la estabilidad del proceso de impresión, la precisión del moldeado, el acabado y el posprocesamiento. Además, la industria textil inteligente de impresión 3D carece de un desarrollo coordinado y estable, y no existe una cadena industrial completa o un sistema industrial, que incluya proveedores perfectos, un sistema de proveedores de servicios, una buena plataforma de mercado, etc. Todavía hay una gran ventaja en la tecnología. la investigación y el desarrollo y la promoción de la tecnología.

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