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Progrès de la recherche sur l'application de l'impression 3D dans les textiles intelligents

Introduction

Avec la croissance accélérée du marché de l'impression 3D, l'industrie textile a commencé à innover et à fabriquer de diverses manières en utilisant la technologie d'impression 3D, comme les textiles imprimés en 3D, les vêtements, les accessoires de mode et les chaussures. Par rapport aux textiles traditionnels, les textiles intelligents nécessitent une technologie de fabrication supérieure, la technologie d'impression 3D peut résoudre ce problème à un certain niveau en imprimant directement en trois dimensions en utilisant des matériaux aux propriétés intelligentes pour fabriquer des textiles intelligents. La recherche sur l'application de la technologie d'impression 3D dans le domaine des textiles intelligents peut fournir de nouvelles idées pour promouvoir le développement, la conception et l'exploitation de l'industrie du textile intelligent.

Classification des Smarché Ttextiles et Théritier Aapplications

Définition des textiles intelligents

Les textiles intelligents sont de nouveaux textiles qui incorporent des informations matérielles, biologiques, chimiques, électroniques et d'autres technologies dans les textiles afin qu'ils puissent détecter, réagir, s'ajuster ou s'adapter à différents stimuli (lumière, température, humidité, solvants, électricité, magnétisme, etc. ), ainsi que la poursuite de leurs propres propriétés. Il peut être divisé en deux catégories : l'une est celle des textiles intelligents « passifs », qui ont la capacité de modifier leurs performances après avoir été stimulés par l'environnement. Par exemple, les textiles à mémoire de forme, les textiles hydrophobes ou hydrophiles, etc. appartiennent à cette catégorie. Une autre catégorie de textiles intelligents « actifs » est la capacité à transformer des paramètres de contenu en informations de transmission au moyen de capteurs et d'actionneurs. Ces textiles intelligents «actifs» peuvent détecter différents signaux environnementaux tels que la température, l'intensité lumineuse et la pollution, et fournir une rétroaction aux signaux environnementaux à l'aide de divers actionneurs à base de tissu, flexibles et miniaturisés, y compris des écrans textiles, des dispositifs de micro-vibration et diodes électroluminescentes. Avec les progrès de technologies telles que les non-tissés en nanofibres, les fibres conductrices, les fibres optiques en plastique, le graphène, les nanotubes de carbone, les petits composants et capteurs électroniques et les batteries micro-minces, la croissance du marché des textiles intelligents a été considérablement stimulée.

textiles intelligents et impression 3D
Classification des textiles intelligents

Les textiles intelligents sont largement utilisés dans les domaines du transport, de l'énergie et de la médecine, de la protection, de la sécurité, de la communication et d'autres produits électroniques, et peuvent être classés en changement de couleur intelligent, contrôle de la température, mémoire de forme, imperméable et perméable à l'humidité, textiles actifs et textiles électroniques intelligents selon aux différentes fonctions.

Textiles intelligents aux couleurs changeantes

Les textiles intelligents à changement de couleur sont des textiles qui peuvent afficher différentes couleurs avec des changements dans les conditions environnementales externes, telles que la lumière, la température, la pression, etc. Ces textiles intelligents comprennent principalement les textiles photochromiques, les textiles thermochromiques, les textiles électrochromiques, les textiles thermochromiques, les textiles chromiques à pression. , et textiles chromiques à l'humidité. Les textiles photochromiques produisent une transformation réversible entre deux formes avec des spectres d'absorption différents par irradiation lumineuse, principalement sous forme de changement de couleur selon la source lumineuse, et la couleur d'origine peut être restaurée après la disparition de la source lumineuse. Les textiles thermochromiques peuvent changer de couleur en fonction du changement de température ambiante, et leur changement de couleur est principalement basé sur le mécanisme de changement de pH et le mécanisme de gain/perte d'électrons. Les textiles électrochromiques utilisent principalement une structure sandwich plate ou une structure linéaire, dans laquelle diverses électrodes de fibres sont enroulées ensemble pour obtenir l'effet de changement de couleur des fibres en ajustant la composition de dopage et le rapport des matériaux à changement de couleur ou en modifiant la structure chimique d'un seul matériau électrochromique. . Les textiles à changement de couleur électrothermique désignent le changement de couleur réversible de certains matériaux fibreux dû à la chaleur Joule sous l'effet d'une alternance de tension positive et négative. Ce type de textile est un textile intelligent à changement de couleur qui combine des effets électrochromes et thermochromes, dont le principe fondamental est le thermochrome. Les textiles piézocéramiques changent de couleur en détectant la zone du tissu sous pression à travers une matrice formée par l'entrelacement de fibres conductrices en chaîne et en trame.

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Smart Ttextiles à température contrôlée

Le transfert de chaleur entre le corps humain et l'environnement dépend fortement des effets synergiques de la température ambiante, du mouvement de l'air, du chauffage radiant moyen, de l'humidité relative et des textiles des vêtements. Les matériaux textiles traditionnels, notamment le coton, le polyester, la laine et le nylon, présentent tous des inconvénients en matière de contrôle de la température. Par exemple, lorsque le coton est utilisé pour éviter la perte de chaleur en hiver froid, augmenter l'épaisseur est le seul moyen, cependant, la performance de la chaleur est limitée. Pendant l'été chaud, le coton ne peut pas non plus bloquer le rayonnement infrarouge. Par conséquent, le développement de textiles intelligents à température contrôlée permet aux textiles d'interagir avec le corps humain pour contrôler la production d'énergie et réguler la température corporelle. Les textiles intelligents à température contrôlée peuvent être divisés en deux catégories selon leurs mécanismes : la première catégorie fait référence aux textiles capables de détecter et de répondre aux stimuli environnementaux sans puissance d'entrée. Sa structure physique ou chimique peut changer en réponse aux changements de température ambiante. Par exemple, les matériaux à changement de phase, qui peuvent absorber ou libérer de la chaleur en réponse aux changements environnementaux, sont l'un des principaux matériaux pour les textiles intelligents à température contrôlée . Les textiles fusionnés avec des matériaux à changement de phase peuvent former un système de régulation de l'énergie, qui est conçu pour maintenir la température du corps humain à une température constante, afin que les gens ne se sentent pas trop froids ou trop chauds, et réduisent la production d'énergie du corps entre le chaud et le froid poteaux. La deuxième catégorie comprend les textiles capables de convertir la chaleur corporelle en électricité. Par exemple, les matériaux thermoélectriques (TE) basés sur l'effet Seebeck sont utilisés dans le domaine textile et ont démontré leur grand potentiel. Les matériaux TE utilisent cet effet pour convertir directement l'énergie à haute entropie en électricité. De plus, les matériaux TE peuvent également convertir l'énergie électrique en énergie thermique pour le refroidissement ou le chauffage.

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Textiles à mémoire de forme

Les textiles à mémoire de forme sont des textiles dotés d'excellentes propriétés telles que la mémoire de forme, le taux de récupération élevé, la résistance aux chocs et une bonne adaptabilité dans des conditions externes telles que la température, le pH, l'électricité, la lumière, le champ magnétique et les solvants en plaçant des matériaux à fonction de mémoire de forme dans par tissage ou finition. Les textiles à mémoire de forme peuvent être divisés en alliages et polymères par matériau. Les alliages à mémoire de forme sont des matériaux métalliques spéciaux qui peuvent retrouver leur forme d'origine après avoir reçu une certaine forme par un chauffage, une irradiation ou un traitement chimique approprié. Les polymères à mémoire de forme, en tant que classe de matériaux polymères, sont largement utilisés en raison de leur large gamme d'options de mémoire de température, de leur légèreté, de leur matière première et de leur traitement faciles et de leurs grandes variables de forme récupérables. Les polymères à mémoire de forme peuvent être transformés en fibres à mémoire, puis tissés à partir des fibres en textiles à fonction de mémoire ; peut également être transformé en solution de finition, post-finition de tissus ordinaires, de sorte que les textiles à mémoire de forme fonctionnent. Après la post-finition des textiles à mémoire de forme, ses performances de mémoire vont lentement s'affaiblir avec l'augmentation des temps de lavage, voire disparaître ; tandis que les fibres à mémoire de forme tissées à partir des textiles, ses caractéristiques de mémoire et la nature de la fibre elle-même, certains matériaux peuvent conserver en permanence les caractéristiques de mémoire de forme.

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 Textiles imperméables et perméables à l'humidité

Les textiles imperméables et respirants, également appelés «textiles respirants», sont des textiles qui ne sont pas mouillés par l'eau sous une certaine pression d'eau, ce qui les rend hydrofuges, et en même temps, la sueur émise par le corps humain peut être conduite vers le à l'extérieur du textile sous forme de vapeur d'eau, ce qui rend les gens mal à l'aise. Le principe des textiles hydrofuges et perméables à l'humidité est la diffusion de molécules de gaz de concentrations élevées à faibles à travers l'espace du fil. Il comprend principalement les quatre types suivants : les textiles haute densité sont fabriqués à partir de fils de coton peignés ou de fibres synthétiques ultra-fines avec une texture particulièrement dense, l'utilisation de la modification de la structure du tissu pour atteindre l'objectif d'imperméabilité et de perméabilité à l'humidité ; membrane microporeuse les textiles imperméables et perméables à l'humidité utilisent la différence entre le diamètre des gouttelettes d'eau et le diamètre des molécules de vapeur d'eau pour jouer un rôle imperméable et étanche à l'humidité; Les textiles imperméables et résistants à l'humidité à membrane non poreuse utilisent l'hydrophilie moléculaire pour augmenter la surface de la membrane imperméable. grâce à une perméabilité élevée à l'humidité pour obtenir une excellente dissipation de la chaleur et un effet de transpiration, et un tissu à basse température grâce à une faible perméabilité à l'humidité pour réduire la dissipation de la chaleur afin d'améliorer la chaleur.

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Textiles actifs intelligents

Les textiles actifs intelligents changent leur forme structurelle en réponse à des stimuli appliqués tels que la température, la pression, le courant électrique, la lumière, l'humidité et les solvants pour produire un actionnement, une détection, un changement de couleur et une récupération d'énergie. Avec les avantages d'une contrainte élevée, d'une grande adaptabilité, d'un taux de sortie de pointe élevé et de propriétés mécaniques stables, ils sont désormais plus fréquemment utilisés dans les robots mous, les appareils électroniques portables, le camouflage dynamique et les applications biomédicales. Alors que la hiérarchie de fabrication textile traditionnelle est basée sur le matériau fibreux, la structure du fil et la forme textile, les textiles actifs intelligents sont développés en fonction du niveau structurel des textiles. En ajoutant des matériaux actifs tels que l'hydrogel, les nanotubes de carbone, le graphène et les puces doubles à la composition des fibres, les caractéristiques de base des matériaux en fibres textiles sont conservées et de nouvelles fonctionnalités actives sont ajoutées. La structure du fil est la deuxième étape de la hiérarchie textile active intelligente, qui modifie les propriétés mécaniques du matériau fibreux d'origine en appliquant une précontrainte et une contrainte. Les principales déformations structurelles des fils actifs sont la structure en spirale torsadée, la structure poreuse, la structure à mailles réticulées, la structure en sandwich et la structure coaxiale hybride. Les paramètres impliqués dans ce processus comprennent le nombre de filaments dans les faisceaux et la torsion appliquée par unité de longueur, ce qui ajuste en outre la rigidité à la flexion, la résistance à la rupture et le taux d'étirement du fil. Enfin, les propriétés mécaniques des fibres et fils actifs peuvent être davantage ajustées en utilisant des procédés de fabrication tels que le tissage, le tricotage ou le tressage pour transformer les fils actifs en formes textiles.

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Textiles électroniques intelligents

Les textiles électroniques intelligents combinent les textiles avec les technologies de l'information électronique en intégrant des capteurs et des dispositifs de communication dans les textiles, puis en collectant et en analysant les données générées par les dispositifs dans les textiles et en donnant un retour d'information via des technologies telles que l'Internet des objets, l'intelligence artificielle et les ordinateurs. Les textiles électroniques intelligents sont constitués de composants électroniques tels que des unités de traitement distribuées, des capteurs divers, des dispositifs d'interaction homme-machine et des systèmes d'alimentation électrique, etc. Il existe trois principales façons d'implémenter ces composants électroniques dans les textiles intelligents : la première consiste à intégrer composants électroniques dans les textiles. L'avantage est que le processus de production est relativement simple, mais si les composants électroniques utilisés sont trop volumineux, il existe également des problèmes qui affectent l'utilisation et le lavage de l'utilisateur. La deuxième façon consiste à utiliser des matériaux textiles et une technologie de fabrication textile pour produire des composants électroniques. Bien que le processus d'intégration soit plus facile, les matériaux textiles et la technologie de fabrication textile peuvent produire un type limité de composants électroniques. La troisième mise en œuvre consiste à produire et à utiliser des fibres pour fournir certaines fonctionnalités électroniques.

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Classification et caractéristiques de la technologie d'impression 3D

Définition de l'impression 3D

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, est une technologie qui utilise des fichiers de modèles numériques 3D comme base pour construire des objets en imprimant couche par couche à l'aide de matériaux adhésifs tels que des poudres métalliques ou des plastiques. Le processus d'impression 3D comprend trois étapes principales : la modélisation, l'impression et le post-traitement. La conception CAO est effectuée par un logiciel de conception ou un scanner 3D, les fichiers numériques sont transférés vers le système d'impression 3D, les paramètres pertinents sont définis pour démarrer l'impression et le post-traitement de l'objet imprimé par meulage, teinture et collage peut être nécessaire après l'impression. complété. La technologie de traitement traditionnelle est principalement un traitement mécanique par découpe ou découpe de matériaux, tandis que l'impression 3D est à l'opposé du traitement de découpe traditionnel par empilement de couches. Par rapport à l'usinage traditionnel, les avantages de l'impression 3D sont un traitement plus rapide des pièces complexes, une performance de conception améliorée des produits fonctionnels, un processus de conception de produit plus rapide, un moulage intégré pour réduire le processus d'assemblage, des outils de fabrication plus simples, des économies d'énergie accrues et des coûts de production réduits. plusieurs produits dans une ligne commune. Par conséquent, l'impression 3D a été utilisée dans les domaines du biomédical, de l'aérospatiale, de la créativité culturelle et du divertissement numérique, de la fabrication industrielle et de l'ingénierie de la construction, et a même sa place dans le domaine de l'éducation.

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Classification technologique de l'impression 3D

La technologie d'impression 3D est largement utilisée dans les processus de moulage, notamment le moulage par photopolymérisation (SLA), le frittage sélectif par laser (SLS), le moulage par dépôt de fusion (FDM), la fusion sélective par laser (SLM), le moulage laser proche du filet (LENS), la fusion par faisceau d'électrons moulage (EBM), fabrication solide en couches (LOM), technologie de pulvérisation multi-têtes (PolyJet), jet d'adhésif (Binder Jetting), etc. Dans l'industrie du textile et de l'habillement, les technologies FDM et SLS sont les plus utilisées, en plus du SLA , PolyJet, Binder Jetting et d'autres technologies. Les différentes méthodes de moulage peuvent être divisées en 7 types, comme indiqué dans le tableau 1. Différentes technologies d'impression 3D utilisent différents matériaux, FDM utilise principalement des polymères thermoplastiques pour l'impression, tels que ABS, PLA, PC, TPU, PVC, PPS, etc. SLS et SLA sont théoriquement les mêmes, mais la différence est que SLS utilise un laser pour fritter de la poudre, comme la poudre de nylon, la poudre de métal, etc. Il existe également différents types de matériaux tels que les plastiques, les métaux, la céramique, le verre, le papier. , bois, ingrédients, coques de noix de coco, laine, lin, etc. utilisés pour la fabrication. Le PLA et le TPU sont des thermoplastiques avec une bonne flexibilité, résistance à la corrosion et résistance à l'abrasion, et Bentley est de l'acrylonitrile butadiène styrène fabriqué par Orbi-Tech. Selon des études récentes, les fibres naturelles et synthétiques elles-mêmes peuvent être utilisées comme matériaux d'impression 3D à mesure que le développement des matériaux se poursuit. Dans la fabrication de textiles imprimés en 3D, les propriétés physiques sur lesquelles il faut se concentrer sont la douceur. De plus, les propriétés de base requises des matériaux textiles telles que la résistance à la traction, la résistance à l'abrasion, la respirabilité, etc. doivent être satisfaites.

Fiche Classification et Ccaractéristiques de la 3D Pfrapper

 

Forme matérielle

 

Processus de fabrication Classification des processus
Matériel liquide Moulage photopolymérisable Durcissement point par point (SL LTP BIS)
Durcissement couche par couche (SGC)
Durcissement par interférence holographique (HIS)
Coulée électrique Coulée électrique (ES)

 

Refroidissement et durcissement Durcissement point par point (BPM, FDM, 3DW, ASP)
Durcissement couche par couche (SDM, PVD, CVD)
 

Matériau en couche mince

Matériau fin collé par adhésif thermofusible Matériau mince lié par adhésif thermofusible (LOM)

 

Matériau mince lié léger Matériau mince lié léger (SFP)
 

Particules de poudre

Refroidissement à chaud Frittage et fusion laser (SLS, GPD, SLM, EBM)
Particules de poudre de liaison adhésive Liaison adhésive des particules de poudre par un liant (3DP, SF, TSF)

Avantages des textiles intelligents imprimés en 3D

La technologie d'impression 3D ouvre de nouvelles voies et offre de nombreuses nouvelles possibilités pour la fabrication efficace de textiles intelligents. Il simplifie les méthodes de fabrication traditionnelles et réduit la complexité de la fabrication grâce à de multiples processus de moulage. Par rapport à la fabrication conventionnelle, l'impression 3D présente cinq avantages clés dans le domaine des textiles intelligents : coût, rapidité, innovation, qualité et impact.

Réduction significative des coûts de fabrication

Les textiles intelligents imprimés en 3D peuvent être prototypés ou fabriqués directement sans l'utilisation d'outils et de moules, ce qui peut signifiertraccourcir le cycle de prototypage du produit et économiser sur les coûts d'outillage. Étant donné que le processus de fabrication est effectué indépendamment par des imprimantes 3D, il n'est pas nécessaire d'acheter diverses machines, ce qui élimine également une partie des coûts d'achat et de maintenance des équipements. De plus, la vitesse de fabrication est très rapide, du modèle numérique CAO à l'achèvement de la production est beaucoup plus rapide que les méthodes traditionnelles de traitement et de moulage, lors de l'utilisation de la technologie d'impression 3D pour fabriquer des textiles intelligents, car le matériau est ajouté couche par couche de manière contrôlée. manière, réduisant le gaspillage de matériaux, économisant à la fois du temps et des coûts économiques. De plus, l'impression 3D raccourcit la chaîne d'approvisionnement et élimine le besoin d'inventaire, de stockage, d'emballage et de transport, ce qui réduit également les coûts en comparaison.

Le processus de fabrication est effectivement simplifié

La production de textiles intelligents nécessite de résoudre de nombreux problèmes, tels que l'utilisation de fils non conventionnels pour le tissage, la réduction des dommages aux fils de chaîne et de trame pendant le processus de tissage et le maintien de la formabilité de tissus spécialement structurés. Par rapport à la fabrication traditionnelle, la technologie d'impression 3D a considérablement réduit le processus de fabrication et les difficultés de fabrication, principalement en termes de conception de produit plus rapide, moins de redondance dans la fabrication intégrée et des outils de fabrication plus simples, à la fois pour l'impression des fils et des formes textiles.

 Combinaison de plusieurs matériaux

Une partie de la fonctionnalité des textiles intelligents se reflète dans l'utilisation de matériaux en fibres intelligentes, c'est-à-dire que pour créer des fibres intelligentes, différentes propriétés de matériaux seront combinées en une seule structure de fibres, alors que les machines traditionnelles du processus de formation de tissus ne le sont pas. facile à intégrer une variété de matériaux pour le tissage. Dans d'autres domaines, il existe une variété de matériaux pour les applications de moulage par injection mixte, mais le coût est élevé et la qualité du moulage est inégale. Contrairement à la technologie d'impression 3D, il est possible de mélanger différents matériaux sur la même machine, ce qui offre des possibilités innovantes pour le développement de nouvelles fonctions dans les textiles intelligents.

 Améliorer la qualité des performances du tissu

La technologie d'impression 3D améliore les performances du tissu sous deux aspects : le premier est le matériau d'impression, grâce à l'utilisation de matériaux aux propriétés spéciales pour la fabrication de tissus, l'excellente performance du matériau affecte directement les propriétés de performance du tissu. La seconde est la structure d'impression, la structure d'impression du tissu en modifiant l'écart entre la chaîne et la trame du fil, l'épaisseur et la disposition de la manière de montrer une qualité de performance différente. De plus, dans le processus de fabrication traditionnel, en raison des limites des outils de fabrication et des méthodes de processus, les structures complexes et les surfaces trop courbes et tordues sont difficiles à traiter, en revanche, la fabrication par impression 3D a l'avantage de réaliser toute forme complexe car la technologie n'est pas soumis aux limitations techniques du processus de fabrication traditionnel.

 Atteindre une fabrication durable

La pollution environnementale causée par l'industrie textile traditionnelle implique principalement les processus de traitement des matières premières, de production textile, de teinture et de finition, tels que la grande quantité de bruit généré par l'équipement, les eaux usées causées par le redimensionnement, l'ébullition, le blanchiment et le lavage, la grande quantité d'énergie consommée lors du processus de chauffage de l'équipement et les déchets générés lors du processus de réduction de la fabrication des matériaux, qui peuvent tous causer une pollution de l'environnement. L'impression 3D est une technologie de fabrication additive monobloc, qui réduit le cycle de fabrication des textiles et ne produit pratiquement pas de gaz résiduaires ni d'eaux usées, et une partie des déchets récupérés peut être recyclée.

Types d'applications de la technologie d'impression 3D dans le domaine des textiles intelligents

Les textiles intelligents peuvent contenir des fibres optiques, des matériaux à changement de phase, des produits chimiques ou d'autres composants électroniques qui ajoutent de nouvelles fonctions aux textiles ordinaires. De plus en plus de matériaux textiles tentent d'utiliser la technologie d'impression 3D pour créer directement des textiles intelligents aux fonctions complexes. Les recherches actuelles se concentrent sur les composants électroniques conducteurs, à mémoire de forme, de régulation de la température et flexibles.

Impression 3D de textiles conducteurs intelligents

La méthode la plus courante de développement de textiles conducteurs consiste à fixer des matériaux conducteurs à la surface du tissu, ce qui peut être réalisé par stratification, revêtement, impression, pulvérisation, placage ionique, placage chimique, métallisation sous vide, pulvérisation cathodique et dépôt chimique en phase vapeur, etc. Les imprimantes 3D sont capables d'imprimer précisément les formes définies. De cette manière, des fils conducteurs ou des revêtements peuvent être connectés, en particulier avec des composants SMD (dispositif monté en surface) sans plomb. Dans le même temps, l'impression 3D permet d'ajuster la structure des composants électroniques pour obtenir l'état structurel le plus approprié avec le tissu. Grimmelsmanna et al. de l'Université des sciences appliquées de Bielefeld, en Allemagne, a utilisé la technologie d'impression 3D pour imprimer directement sur un tissu contenant des circuits tissés à l'aide de fils conducteurs Shieldex afin que les objets imprimés en 3D soient connectés en tant que fils conducteurs à de petits composants électroniques, permettant ainsi au textile de émettent de la lumière, comme le montre la figure 1. En tant que substrat textile, un tissu tricoté au crochet simple face avec un effet de texture et une surface relativement compacte et uniforme a été sélectionné pour permettre au matériau imprimé en 3D de mieux adhérer au tissu. Le développeur a conçu un composant électronique SMD-LED, qui a été fabriqué à la surface du substrat textile à l'aide de la technologie FDM. La partie conductrice noire est principalement utilisée pour la connexion électrique et est constituée de filament PLA conducteur Proto-Pasta à une température d'extrudeuse de 207 °C et une température de lit d'impression de 60 °C. La hauteur de couche est de 0.2 mm et la structure est remplie. La partie blanche est le filament PLA normal, qui sert de fixation et de connexion. Le filament noir aux propriétés conductrices est relié au fil Shields pour éclairer les LED sur le textile. Les pièces imprimées en 3D agissent comme des résistances en série pour protéger les LED des tensions d'application excessives qui peuvent affecter leur fonctionnement normal. Lorsque la résistance interne est faible, la luminosité des LED est plus faible car les LED et les pièces imprimées en 3D sont connectées à la résistance série pour fonctionner comme des diviseurs de tension et la chute de tension est plus élevée à des résistances plus élevées.

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 textiles imprimés intelligents à température contrôlée

Il existe différents types de textiles intelligents avec régulation de la température, tels que les textiles de régulation de la température et de l'humidité les plus courants actuellement disponibles sur le marché, qui sont utilisés pour réduire la température corporelle en éliminant l'excès d'humidité. Cependant, ces textiles ne peuvent être déclenchés que lorsque l'air entre le corps et le tissu est à un taux d'humidité élevé, ce qui limite leur application à des taux d'humidité faibles. Il existe d'autres techniques de contrôle de la température, notamment les textiles à poches froides avec des matériaux à changement de phase, les textiles refroidis par air et les textiles refroidis par liquide, mais toutes ont également leurs limites. Les chercheurs ont beaucoup travaillé sur le développement de textiles thermorégulés pour résoudre de tels problèmes. Un matériau composite avec des nanofeuilles de nitrure de bore (BNNS) intégrées dans une matrice polymère d'alcool polyvinylique (PVA) a été imprimé en 3D à l'Université du Maryland pour fabriquer des textiles intelligents à température contrôlée qui peuvent faire baisser rapidement la température corporelle, comme le montre la figure 2. Les BNNS ont une structure bidimensionnelle et une conductivité thermique dans le plan allant jusqu'à 2,000 XNUMX W/(mK). Afin d'utiliser les propriétés thermiques dans le plan des BNNS, les feuilles doivent avoir une bonne orientation d'alignement et une dispersion uniforme. Une dispersion uniforme peut être obtenue car les BNNS peuvent favoriser la stabilisation structurelle en absorbant les polymères lorsqu'ils sont soniqués dans une solution PVA. De plus, pendant l'impression des fibres et le traitement ultérieur de l'étirage à chaud, des fibres nanocomposites ont été introduites par un flux d'extension uniaxial dans lequel les BNNS ont formé des orientations bien alignées, ce qui a entraîné des chemins d'énergie pour le transfert de chaleur des phonons. La nature hautement orientée et interconnectée des BNNS fournit des voies thermiques supplémentaires, ce qui améliore efficacement les performances thermiques des fibres composites a-BN/PVA. Les textiles a-BN/PVA peuvent libérer de la chaleur supplémentaire générée par le corps humain le long des fibres. Les textiles libèrent la chaleur supplémentaire générée par le corps humain le long des fibres dans l'environnement environnant, fournissant ainsi un microclimat thermiquement confortable pour refroidir le corps humain.

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Textiles à mémoire de forme imprimés en 3D

Le polymère à mémoire de forme est un polymère qui se souvient de sa forme d'origine, change de forme dans certaines conditions et reprend sa forme d'origine en appliquant des stimuli tels que la chaleur, l'électricité et les champs magnétiques. Les polymères à mémoire de forme sont le plus souvent utilisés dans l'acide polylactique (PLA), qui est également un matériau couramment utilisé dans l'impression 3D, et peut donc être produit par la technologie d'impression 3D. La recherche actuelle sur l'utilisation de la technologie d'impression 3D pour imprimer des polymères à mémoire de forme est principalement liée à deux aspects du matériau, l'un est l'utilisation de PLA 100% pur comme polymère à mémoire de forme, mais puisque le matériau PLA peut être étendu jusqu'à à 10% [41], la structure doit être conçue pour surmonter cette limitation avant l'impression. Ce problème a été résolu par Langford et al. en utilisant une structure d'origami à chevrons, comme le montre la figure 3. La figure 3 (a) montre un objet imprimé en 3D avec une structure d'origami à chevrons. La figure 3(b) montre que lorsqu'il est plié, le volume de l'objet devient plus petit. Une fois déplié, le volume de l'objet devient plus grand, mais quelques minuscules fissures apparaissent sur l'objet, comme le montre la figure 3(c). Le taux de récupération constant habituel du filament PLA est d'environ 61%, tandis que le taux de récupération de la structure de l'origami à chevrons est augmenté à environ 96%. Une autre catégorie est l'impression 3D utilisant des composites PLA. guido Ehrmann, Andrea Ehrmann, à l'aide d'une imprimante 3D FDM, a formé un mélange solide en mélangeant 80 % de PLA avec 20 % de Fe₃O₄ et en l'écrasant, puis en l'extrudant dans une extrudeuse à double vis. Une structure poreuse trabéculaire osseuse a été imprimée [42], comme illustré à la figure 4. En appliquant un champ magnétique alternatif de 30 kHz, plus de 95 % de récupération de forme ont été obtenus après seulement 14 à 24 s. En plus de ces possibilités, le PLA peut être mélangé à d'autres polymères pour créer des objets aux propriétés de récupération. Par exemple, l'ajout d'hydroxyapatite (HAP), de fibre de carbone, de titanate de baryum et de polyester amide (PEA) au PLA peut avoir un impact sur le taux de récupération en fonction de la dose ajoutée, du réglage des paramètres d'impression et des facteurs externes. imposée pour provoquer la récupération de la forme. Ces polymères à mémoire de forme imprimés en 3D peuvent être utilisés pour fabriquer des tissus à mémoire de forme à utiliser dans les textiles intelligents.

 

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Textiles électroniques intelligents imprimés en 3D

Les textiles électroniques intelligents intègrent des composants électroniques tels que des capteurs, des microcontrôleurs, des actionneurs, des dispositifs de connexion et des sources d'énergie. Les composants électroniques traditionnels sont principalement constitués de métal, de plastique et d'autres matériaux, qui sont sujets à une déformation irréversible lors de la flexion, de la torsion, de l'étirement et d'autres situations, affectant ainsi le fonctionnement normal des composants électroniques, mais l'utilisation de matériaux flexibles peut compenser pour les problèmes ci-dessus. Ces composants électroniques flexibles peuvent non seulement fournir des fonctions portables pour la vie quotidienne des personnes, mais peuvent également être utilisés pour surveiller les informations de santé du corps humain en raison de leur capacité à s'interfacer avec la peau humaine. Cependant, la technologie de traitement traditionnelle des composants électroniques flexibles présente des limites pour le traitement des composants électroniques avec des structures fonctionnelles complexes. Par conséquent, l'impression 3D attire l'attention en tant que processus de prototypage rapide 3D. À l'heure actuelle, diverses technologies d'impression 3D ont été largement utilisées pour les dispositifs électroniques structurels, et de plus en plus de matériaux flexibles ont été appliqués aux technologies d'impression 3D afin d'augmenter l'adaptabilité aux différentes exigences fonctionnelles des produits. Par exemple, Yang Hui et al [43] ont utilisé la réaction chimique du PCL10K et du méthacrylate d'éthyle isocyanique pour synthétiser la polycaprolactone (PCL), qui peut être utilisée comme matériau flexible pour l'impression 3D. La polycaprolactone (PCL) a été imprimée dans un dispositif flexible par une imprimante SLA commerciale et recouverte de matériaux conducteurs, tels que des nanoparticules d'argent ou des nanotubes de carbone (CNT), pour former un dispositif électronique flexible imprimé en 3D avec des propriétés de mémoire de forme, comme le montre la figure 5. Parmi eux, le dispositif de la figure 5 (a) consiste en un objet imprimé en polymère à mémoire de forme 3D. La figure 5 (b) montre un capteur de température électrique flexible fabriqué en ajoutant des nanoparticules d'argent à la surface de l'objet imprimé en 3D avec des propriétés de mémoire de forme par un processus de frittage à température ambiante. Sur la figure 5(c), lorsque le capteur de température électrique flexible rencontre une élévation de température, sa forme passe d'un circuit ouvert à un circuit fermé et allume une diode électroluminescente. Le capteur flexible à mémoire de forme imprimé à l'aide de la technologie d'impression 3D confère non seulement de nouvelles fonctions aux appareils électroniques, mais joue également un rôle important dans l'amélioration de la qualité des produits tout en modifiant la façon dont les gens interagissent avec les appareils électroniques.

textiles intelligents et impression 3D

Développement Trendu de la 3D Pfrapper Smarché Textile

En appliquant la technologie d'impression 3D aux textiles intelligents, l'exploration de nouveaux matériaux, combinaisons de matériaux, fils mélangés et traitement de base des composants de tissu, y compris de nouvelles fibres, formes de fil et structures de tissu, entrera dans un tout nouveau domaine. Une large gamme d'applications peut être réalisée en termes de fonctions de protection, de confort et de soins de santé, de performance d'entretien facile, d'apparence et de forme, de performance de facilité d'utilisation et de caractéristiques environnementales. Actuellement, il existe trois applications technologiques des textiles intelligents imprimés en 3D : la plus courante est l'impression 3D directement sur les textiles, qui peut ajouter de nouvelles fonctions aux textiles existants. L'objectif de cette technologie est l'adhérence entre les textiles et les matériaux d'impression 3D. Le degré d'adhérence des différents matériaux sur le tissu, en plus des propriétés de chauffage des deux matériaux, est également lié au réglage des paramètres d'impression, tels que la température d'impression, la vitesse d'impression, le taux de remplissage, l'angle d'alignement, etc. Basé sur la combinaison de substrats textiles doux et confortables et de matériaux durs, ces produits seront plus largement utilisés dans la réadaptation médicale et la protection de la sécurité à l'avenir. Le deuxième aspect consiste à imprimer en 3D différentes structures textiles, afin qu'elles aient des fonctions intelligentes, et qu'elles soient largement utilisées dans la robotique, l'habillement, la construction et d'autres domaines. Le troisième aspect est l'utilisation de matériaux flexibles pour l'impression 3D, le développement de matériaux flexibles en est encore à ses balbutiements, avec le développement rapide de matériaux élastiques à l'avenir, l'impression 3D de textiles intelligents peut offrir une bonne respirabilité et perméabilité à l'humidité tout en offrant de multiples les fonctions. L'impression 3D directe sur les textiles et l'impression structurelle de textiles intelligents utilisant différents matériaux composites devraient être produites commercialement en grands volumes à l'avenir.

L'impression 3D est une technologie permettant de créer des modèles solides basés sur un modèle numérique 3D avec une accumulation contrôlée par ordinateur de matériaux discrets couche par couche. Bien que la plupart des imprimantes 3D fonctionnent selon ces principes et processus de travail, différents types d'impression 3D ont des limites techniques différentes. Les principaux types de matériaux utilisés dans l'impression 3D sont les matériaux liquides, les matériaux solides et les matériaux en poudre, et le processus d'impression avec le même matériau peut être différent, et le même matériau en poudre est utilisé pour l'impression 3D, mais le processus SLS nécessite le powder to be Le processus SLS nécessite un préchauffage de la poudre pour réduire la déformation et la poudre collante pendant le processus d'impression, tandis que le processus BJ ne nécessite pas l'étape de préchauffage de la poudre. De plus, certaines technologies choisissent d'ajouter de nouveaux composants aux propriétés différentes au matériau imprimé afin de donner des fonctions spéciales au textile, et lors de l'impression avec de nouveaux matériaux, des paramètres tels que la température d'impression et la vitesse d'impression doivent être réinitialisés. Les structures de processus d'impression 3D nécessitent principalement un post-traitement pour créer des textiles intelligents avec une bonne qualité de surface, des propriétés mécaniques et des fonctionnalités. Le post-traitement comprend principalement l'élimination des structures de support, le polissage, la coloration, la formation renforcée, le traitement de conservation durable et le revêtement de surface. Bien que le post-traitement compense le manque de modèles imprimés, il augmente également le processus de fonctionnement et le temps de production. À l'heure actuelle, les textiles intelligents imprimés en 3D ont été rapidement développés et améliorés, mais il existe certains défauts et domaines d'amélioration dans la stabilité du processus d'impression, la précision du moulage, la finition et le post-traitement. De plus, l'industrie du textile intelligent d'impression 3D manque de développement coordonné et stable, et il n'y a pas de chaîne industrielle ou de système industriel complet, y compris des fournisseurs parfaits, un système de fournisseur de services, une bonne plate-forme de marché, etc. recherche et développement et promotion de la technologie.

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