Progresso da pesquisa sobre a aplicação da impressão 3D em têxteis inteligentes

Introdução

Com o crescimento acelerado do mercado de impressão 3D, a indústria têxtil começou a inovar e fabricar de várias maneiras usando a tecnologia de impressão 3D, como tecidos impressos em 3D, vestuário, acessórios de moda e calçados. Em comparação com os têxteis tradicionais, os têxteis inteligentes requerem uma tecnologia de fabricação mais alta; a tecnologia de impressão 3D pode resolver esse problema em algum nível, imprimindo diretamente em três dimensões usando materiais com propriedades inteligentes para fabricar têxteis inteligentes. A pesquisa sobre a aplicação da tecnologia de impressão 3D no campo de têxteis inteligentes pode fornecer novas ideias para promover o desenvolvimento, design e exploração da indústria têxtil inteligente.

A classificação de Smercado Texilados e Therdeiro Aaplicações

Definição de Têxteis Inteligentes

Têxteis inteligentes são novos têxteis que incorporam informações materiais, biológicas, químicas, eletrônicas e outras tecnologias em têxteis para que possam sentir, reagir, ajustar ou se adaptar a diferentes estímulos (luz, temperatura, umidade, solventes, eletricidade, magnetismo, etc. ), bem como continuar suas próprias propriedades. Ele pode ser dividido em duas categorias: uma delas são os têxteis inteligentes “passivos”, que têm a capacidade de mudar seu desempenho após serem estimulados pelo ambiente. Por exemplo, têxteis com memória de forma, têxteis hidrofóbicos ou hidrofílicos, etc. pertencem a esta categoria. Outra categoria de têxteis inteligentes “ativos” é a capacidade de transformar parâmetros de conteúdo em informações de transmissão por meio de sensores e atuadores. Esses têxteis inteligentes “ativos” podem detectar diferentes sinais ambientais, como temperatura, intensidade de luz e poluição, e fornecer feedback aos sinais ambientais usando vários atuadores baseados em tecido, flexíveis e miniaturizados, incluindo telas têxteis, dispositivos de microvibração e diodos emissores de luz. Com o avanço em tecnologias como não tecidos de nanofibras, fibras condutoras, fibras ópticas plásticas, grafeno, nanotubos de carbono, pequenos componentes eletrônicos e sensores e baterias microfinas, o crescimento do mercado de têxteis inteligentes recebeu um grande impulso.

Classificação de Têxteis Inteligentes

Têxteis inteligentes são amplamente utilizados nos campos de transporte, energia e medicina, proteção, segurança, comunicação e outros produtos eletrônicos, e podem ser classificados em mudança de cor inteligente, controle de temperatura, memória de forma, impermeável e permeável à umidade, têxteis ativos e têxteis eletrônicos inteligentes de acordo às diferentes funções.

Têxteis inteligentes que mudam de cor

Têxteis inteligentes que mudam de cor são têxteis que podem mostrar cores diferentes com mudanças nas condições ambientais externas, como luz, temperatura, pressão, etc. e têxteis crômicos úmidos. Os têxteis fotocrômicos produzem uma transformação reversível entre duas formas com diferentes espectros de absorção por irradiação de luz, principalmente na forma de mudança de cor de acordo com a fonte de luz, podendo a cor original ser restaurada após o desaparecimento da fonte de luz. Têxteis termocrômicos podem mudar de cor de acordo com a mudança da temperatura ambiente, e sua mudança de cor é baseada principalmente no mecanismo de mudança de pH e no mecanismo de ganho/perda de elétrons. Os têxteis eletrocrômicos usam principalmente uma estrutura de sanduíche plana ou estrutura linear, na qual vários eletrodos de fibra são enrolados para obter o efeito de mudança de cor das fibras, ajustando a composição de dopagem e a proporção de materiais que mudam de cor ou alterando a estrutura química de um único material eletrocrômico . Têxteis eletrotérmicos que mudam de cor referem-se à mudança de cor reversível de certos materiais de fibra devido ao calor Joule sob o efeito da alternância de tensão positiva e negativa. Este tipo de tecido é um tecido de mudança de cor inteligente que combina efeitos eletrocrômicos e termocrômicos, cujo princípio fundamental é o termocrômico. Os tecidos piezocerâmicos mudam de cor ao sentir a área do tecido sob pressão através de uma matriz formada pelo entrelaçamento de fibras condutoras na urdidura e na trama.

Gestão Inteligente Ttêxteis com temperatura controlada

A transferência de calor entre o corpo humano e o meio ambiente é altamente dependente dos efeitos sinérgicos da temperatura ambiente, movimento do ar, aquecimento radiante médio, umidade relativa e tecidos de vestuário. Os materiais têxteis tradicionais, incluindo algodão, poliéster, lã e nylon, têm desvantagens no controle de temperatura. Por exemplo, quando o algodão é usado para evitar a perda de calor no inverno frio, aumentar a espessura é a única maneira, no entanto, o desempenho do calor é limitado. No verão quente, o algodão também não consegue bloquear a radiação infravermelha. Portanto, o desenvolvimento de têxteis inteligentes com temperatura controlada permite que os têxteis interajam com o corpo humano para controlar a produção de energia e regular a temperatura corporal. Têxteis inteligentes com temperatura controlada podem ser divididos em duas categorias de acordo com seus mecanismos: a primeira categoria refere-se a têxteis que podem sentir e responder a estímulos ambientais sem entrada de energia. Sua estrutura física ou química pode mudar em resposta a mudanças na temperatura ambiente. Por exemplo, materiais de mudança de fase, que podem absorver ou liberar calor em resposta a mudanças ambientais, são um dos principais materiais para têxteis inteligentes com temperatura controlada. Têxteis fundidos com materiais de mudança de fase podem formar um sistema de regulação de energia, projetado para manter a temperatura do corpo humano a uma temperatura constante, para que as pessoas não sintam muito frio ou muito calor e reduzam a produção de energia do corpo entre o quente e o frio pólos. A segunda categoria são os têxteis que podem converter o calor do corpo em eletricidade. Por exemplo, materiais termoelétricos (TE) baseados no efeito Seebeck são usados ​​no campo têxtil e demonstraram seu grande potencial. Os materiais TE usam esse efeito para converter energia de alta entropia diretamente em eletricidade. Além disso, os materiais TE também podem converter energia elétrica em energia térmica para resfriamento ou aquecimento.

Têxteis com memória de forma

Têxteis com memória de forma são têxteis com excelentes propriedades, como memória de forma, alta taxa de recuperação, resistência ao impacto e boa adaptabilidade sob condições externas, como temperatura, pH, eletricidade, luz, campo magnético e solventes, colocando materiais com função de memória de forma em através de tecelagem ou acabamento. Os têxteis com memória de forma podem ser divididos em ligas e polímeros por material. As ligas com memória de forma são materiais metálicos especiais que podem recuperar sua forma original após receber uma certa forma por aquecimento, irradiação ou tratamento químico apropriado. Os polímeros com memória de forma, como uma classe de materiais poliméricos, são amplamente utilizados devido à sua ampla gama de opções de memória de temperatura, leveza, matéria-prima e processamento fáceis e grandes variáveis ​​de forma recuperáveis. Polímeros de memória de forma podem ser fabricados em fibras de memória e, em seguida, tecidos a partir das fibras em têxteis com função de memória; também pode ser feito em solução de acabamento, pós-acabamento de tecidos comuns, para que os têxteis com função de memória de forma. Após o pós-acabamento dos têxteis com memória de forma, seu desempenho de memória enfraquecerá lentamente com o aumento dos tempos de lavagem ou até desaparecerá; enquanto as fibras de memória de forma tecidas dos têxteis, suas características de memória e a natureza da própria fibra, alguns materiais podem manter permanentemente as características de memória de forma.

 Têxteis impermeáveis ​​e permeáveis ​​à humidade

Têxteis impermeáveis ​​e respiráveis, também conhecidos como “têxteis respiráveis”, são têxteis que não são molhados pela água sob uma certa pressão de água, tornando-os repelentes à água e, ao mesmo tempo, o suor emitido pelo corpo humano pode ser conduzido para o fora do tecido na forma de vapor de água, fazendo com que as pessoas se sintam desconfortáveis. O princípio dos têxteis repelentes à água e permeáveis ​​à umidade é a difusão de moléculas de gás de altas a baixas concentrações através da abertura do fio. Inclui principalmente os quatro tipos a seguir: tecidos de alta densidade são feitos de fios de algodão penteados de alta contagem ou fibras sintéticas ultrafinas com uma textura particularmente densa, o uso de alteração da estrutura do tecido para atingir o objetivo de impermeável e permeável à umidade; membrana microporosa à prova d'água e tecidos permeáveis ​​à umidade usam a diferença entre o diâmetro das gotas de água e o diâmetro das moléculas de vapor de água para desempenhar um papel à prova d'água e à prova de umidade; membrana não porosa, tecidos à prova d'água e à prova de umidade usam hidrofilicidade molecular para aumentar a superfície da membrana à prova d'água Têxteis inteligentes à prova d'água e permeáveis ​​à umidade referem-se ao tecido que pode ajustar automaticamente o nível de permeabilidade à umidade de acordo com diferentes características ambientais, como tecido de alta temperatura por meio de alta permeabilidade à umidade para obter excelente dissipação de calor e efeito de transpiração, e tecido de baixa temperatura por meio de baixa permeabilidade à umidade para reduzir a dissipação de calor para aumentar o calor.

Têxteis ativos inteligentes

Têxteis ativos inteligentes mudam sua forma estrutural em resposta a estímulos aplicados, como temperatura, pressão, corrente elétrica, luz, umidade e solventes para produzir atuação, detecção, mudança de cor e coleta de energia. Com as vantagens de alto estresse, alta adaptabilidade, alta taxa de saída de pico e propriedades mecânicas estáveis, eles agora são usados ​​com mais frequência em robôs macios, dispositivos eletrônicos vestíveis, camuflagem dinâmica e aplicações biomédicas. Enquanto a hierarquia de fabricação têxtil tradicional é baseada em material de fibra, estrutura de fio e forma têxtil, os têxteis ativos inteligentes são desenvolvidos com base no nível estrutural dos têxteis. Ao adicionar materiais ativos como hidrogel, nanotubos de carbono, grafeno e chips duplos à composição da fibra, as características básicas dos materiais de fibra têxtil são mantidas e novos recursos ativos são adicionados. A estrutura do fio é a segunda etapa da hierarquia têxtil ativa inteligente, que modifica as propriedades mecânicas do material de fibra original aplicando pré-tensão e restrição. As principais deformações estruturais dos fios ativos são estrutura espiral torcida, estrutura porosa, estrutura de malha reticulada, estrutura sanduíche e estrutura coaxial híbrida. Os parâmetros envolvidos neste processo incluem o número de filamentos em feixes e a torção aplicada por unidade de comprimento, que ajusta ainda mais a rigidez à flexão, a resistência à ruptura e a taxa de estiramento do fio. Finalmente, as propriedades mecânicas das fibras e fios ativos podem ser ainda mais ajustadas usando processos de fabricação, como tecelagem, tricô ou trançado para transformar os fios ativos em formas têxteis.

e-têxteis inteligentes

Os e-têxteis inteligentes combinam têxteis com tecnologia de informação eletrônica, incorporando sensores e dispositivos de comunicação em têxteis e, em seguida, coletando e analisando dados gerados por dispositivos em têxteis e fornecendo feedback por meio de tecnologias como a Internet das Coisas, inteligência artificial e computadores. Os e-têxteis inteligentes consistem em componentes eletrônicos, como unidades de processamento distribuído, vários sensores, dispositivos de interação humano-computador e sistemas de fornecimento de energia, etc. Existem três maneiras principais de implementar esses componentes eletrônicos em têxteis inteligentes: a primeira maneira é integrar os existentes componentes eletrônicos em têxteis. A vantagem é que o processo de produção é relativamente simples, mas se os componentes eletrônicos utilizados forem muito grandes, também há problemas que afetam o uso e a lavagem do usuário. A segunda maneira é usar materiais têxteis e tecnologia de fabricação têxtil para produzir componentes eletrônicos. Embora o processo de integração seja mais fácil, os materiais têxteis e a tecnologia de fabricação têxtil podem produzir um tipo limitado de componentes eletrônicos. A terceira implementação é produzir e usar fibras para fornecer alguma funcionalidade eletrônica.

Classificação e características da tecnologia de impressão 3D

Definição de impressão 3D

A impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva, é uma tecnologia que usa arquivos de modelo digital 3D como base para a construção de objetos, imprimindo camada por camada usando materiais adesivos, como metais ou plásticos em pó. O processo de impressão 3D consiste em três etapas principais: modelagem, impressão e pós-processamento. O design CAD é executado por um software de design ou scanner 3D, os arquivos digitais são transferidos para o sistema da impressora 3D, os parâmetros relevantes são definidos para iniciar a impressão e o pós-processamento do objeto impresso usando moagem, tingimento e colagem pode ser necessário após a impressão. concluído. A tecnologia de processamento tradicional é principalmente o processamento mecânico por corte ou corte de materiais, enquanto a impressão 3D é o oposto do processamento de corte tradicional por empilhamento de camadas. Em comparação com a usinagem tradicional, as vantagens da impressão 3D são processamento mais rápido de peças complexas, melhor desempenho de design de produtos funcionais, processo de design de produto mais rápido, moldagem integrada para reduzir o processo de montagem, ferramentas de fabricação mais simples, maior economia de energia e custos de produção reduzidos de vários produtos em uma linha comum. Portanto, a impressão 3D tem sido usada nas áreas biomédica, aeroespacial, criatividade cultural e entretenimento digital, manufatura industrial e engenharia de construção, e até mesmo tem lugar no campo da educação.

Classificação tecnológica da impressão 3D

A tecnologia de impressão 3D é amplamente utilizada em processos de moldagem, incluindo moldagem por fotopolimerização (SLA), sinterização seletiva a laser (SLS), moldagem por deposição fundida (FDM), fusão seletiva a laser (SLM), moldagem a laser próximo à rede (LENS), fusão por feixe de elétrons moldagem (EBM), fabricação sólida em camadas (LOM), tecnologia de pulverização multicabeça (PolyJet), jateamento de adesivo (Binder Jetting), etc. Na indústria têxtil e de vestuário, as tecnologias FDM e SLS são as mais utilizadas, além do SLA , PolyJet, Binder Jetting e outras tecnologias. As diferentes formas de processo de moldagem podem ser divididas em 7 tipos, conforme mostrado na Tabela 1. Diferentes tecnologias de impressão 3D usam materiais diferentes, FDM usa principalmente polímeros termoplásticos para impressão, como ABS, PLA, PC, TPU, PVC, PPS, etc. . SLS e SLA são teoricamente iguais, mas a diferença é que o SLS usa um laser para sinterizar pó, como pó de nylon, pó de metal, etc. , madeira, ingredientes, casca de coco, lã, linho, etc. utilizados na fabricação. PLA e TPU são termoplásticos com boa flexibilidade, resistência à corrosão e resistência à abrasão, e Bentley é acrilonitrila butadieno estireno fabricado pela Orbi-Tech. De acordo com estudos recentes, as próprias fibras naturais e sintéticas podem ser usadas como materiais de impressão 3D à medida que o desenvolvimento do material continua. Na fabricação de têxteis impressos em 3D, as propriedades físicas que precisam ser focadas são a maciez. Além disso, as propriedades básicas exigidas dos materiais têxteis, como resistência à tração, resistência à abrasão, respirabilidade, etc., devem ser satisfeitas.

Dados Técnicos: Cclassificação e Ccaracterísticas do 3D Penxágue

 

Formulário de Material	Processo de Fabricação	Classificação de Processo
Material líquido	Moldagem por fotopolimerização	Cura ponto a ponto (SL LTP BIS)
		Cura camada por camada (SGC)
		Cura por Interferência Holográfica (HIS)
	Fundição elétrica	Fundição elétrica (ES)
	Resfriamento&Cura	Cura ponto a ponto (BPM, FDM, 3DW, ASP)
		Cura camada por camada (SDM, PVD, CVD)
material de camada fina	Material fino colado com adesivo hot melt	Material fino colado com adesivo hot melt (LOM)
	Material fino de liga leve	Material fino de ligação leve (SFP)
Partículas de pó	Resfriamento por derretimento quente	Sinterização e fusão a laser (SLS, GPD, SLM, EBM)
	Partículas de pó de ligação adesiva	Partículas de pó de ligação adesiva por um aglutinante (3DP, SF, TSF)

Vantagens dos tecidos inteligentes impressos em 3D

A tecnologia de impressão 3D abre novos caminhos e oferece muitas novas possibilidades para a fabricação eficiente de têxteis inteligentes. Simplifica os métodos tradicionais de fabricação e reduz a complexidade da fabricação por meio de vários processos de moldagem. Em comparação com a fabricação convencional, a impressão 3D tem cinco vantagens principais no campo dos têxteis inteligentes: custo, velocidade, inovação, qualidade e impacto.

Redução significativa nos custos de fabricação

Têxteis inteligentes impressos em 3D podem ser prototipados ou fabricados diretamente sem o uso de ferramentas e moldes, o que pode significartReduza rapidamente o ciclo de protótipo do produto e economize nos custos de ferramentas. Como o processo de fabricação é feito de forma independente por impressoras 3D, não há necessidade de adquirir diversas máquinas, o que também elimina alguns dos custos de compra e manutenção de equipamentos. Além disso, a velocidade de fabricação é muito rápida, desde o modelo digital CAD até a conclusão da produção é muito mais rápida do que os métodos tradicionais de processamento e moldagem, ao usar a tecnologia de impressão 3D para fabricar têxteis inteligentes, porque o material é adicionado camada por camada de maneira controlada forma, reduzindo o desperdício de material, economizando tempo e custos econômicos. Além disso, a impressão 3D encurta a cadeia de suprimentos e elimina a necessidade de estoque, armazenamento, embalagem e transporte, o que também reduz os custos em comparação.

O processo de fabricação é efetivamente simplificado

A produção de têxteis inteligentes requer a solução de muitos problemas, como o uso de fios não convencionais para tecelagem, redução de danos aos fios de urdidura e trama durante o processo de tecelagem e manutenção da formabilidade de tecidos especialmente estruturados. Em comparação com a manufatura tradicional, a tecnologia de impressão 3D reduziu muito o processo de fabricação e as dificuldades de fabricação, principalmente em termos de design de produto mais rápido, menos redundância na fabricação integrada e ferramentas de fabricação mais simples, tanto para impressão de fios quanto para formas têxteis.

 Combinação de vários materiais

Parte da funcionalidade dos têxteis inteligentes se reflete no uso de materiais de fibras inteligentes, ou seja, para criar fibras inteligentes terão diferentes propriedades de materiais combinados em uma única estrutura de fibras, enquanto as máquinas tradicionais no processo de formação de tecidos não são fácil de integrar uma variedade de materiais para tecelagem. Em outros campos, há uma variedade de materiais para aplicações de moldagem por injeção mista, mas o custo é alto e a qualidade da moldagem é desigual. Ao contrário da tecnologia de impressão 3D, é possível misturar diferentes materiais na mesma máquina, o que oferece possibilidades inovadoras para o desenvolvimento de novas funções em têxteis inteligentes.

 Melhorando a qualidade do desempenho do tecido

A tecnologia de impressão 3D melhora o desempenho do tecido em dois aspectos: primeiro é o material de impressão, através do uso de materiais com propriedades especiais para a fabricação de tecidos, o excelente desempenho do material afeta diretamente as propriedades de desempenho do tecido. A segunda é a estrutura de impressão, a estrutura de impressão do tecido, alterando o espaço entre a urdidura e a trama do fio, a espessura e o arranjo da maneira de mostrar diferentes qualidades de desempenho. Além disso, no processo de fabricação tradicional, devido às limitações de ferramentas de fabricação e métodos de processo, estruturas complexas e superfícies muito curvas e torcidas são difíceis de processar, em contraste, a fabricação de impressão 3D tem a vantagem de alcançar qualquer forma complexa porque a tecnologia não está sujeito às limitações técnicas do processo de fabricação tradicional.

 Alcançar a fabricação sustentável

A poluição ambiental causada pela indústria têxtil tradicional envolve principalmente os processos de processamento de matéria-prima, produção têxtil, tingimento e acabamento, como a grande quantidade de ruído gerado pelos equipamentos, o efluente causado pelo redimensionamento, fervura, branqueamento e lavagem, a grande quantidade de energia consumida no processo de aquecimento dos equipamentos e os resíduos gerados no processo de redução da fabricação do material, que podem causar poluição ambiental. A impressão 3D é uma tecnologia de fabricação aditiva de peça única, que reduz o ciclo de fabricação de têxteis e basicamente não produz gases residuais e águas residuais, e alguns dos resíduos recuperados podem ser reciclados.

Tipos de aplicações para a tecnologia de impressão 3D na área de têxteis inteligentes

Têxteis inteligentes podem conter fibras ópticas, materiais de mudança de fase, produtos químicos ou outros componentes eletrônicos que adicionam novas funções aos têxteis comuns. Cada vez mais materiais têxteis estão tentando usar a tecnologia de impressão 3D para criar diretamente tecidos inteligentes com funções complexas. A pesquisa atual está focada em condutividade, memória de forma, regulação de temperatura e componentes eletrônicos flexíveis.

Impressão 3D de tecidos condutores inteligentes

O método mais comum de desenvolvimento de têxteis condutores é anexar materiais condutores à superfície do tecido, o que pode ser obtido por laminação, revestimento, impressão, pulverização, revestimento iônico, revestimento químico, metalização a vácuo, pulverização catódica e deposição química de vapor, etc. As impressoras 3D são capazes de imprimir com precisão as formas definidas. Desta forma, fios ou revestimentos condutores podem ser conectados, especialmente com componentes SMD (dispositivo montado em superfície) sem chumbo. Ao mesmo tempo, a impressão 3D permite ajustar a estrutura dos componentes eletrônicos para alcançar o estado estrutural mais adequado com o tecido. Grimmelsmanna et ai. da University of Applied Sciences em Bielefeld, Alemanha, usou a tecnologia de impressão 3D para imprimir diretamente em um tecido contendo caminhos de circuito tecidos com fios condutores Shieldex para que os objetos impressos em 3D fossem conectados como fios condutores a pequenos componentes eletrônicos, permitindo assim que o tecido emitem luz, conforme mostrado na Figura 1. Como substrato têxtil, um tecido de malha de malha de um lado com efeito de textura e uma superfície relativamente compacta e uniforme foi selecionado para permitir que o material impresso em 3D aderisse melhor ao tecido. O desenvolvedor projetou um componente eletrônico SMD-LED, que foi fabricado na superfície do substrato têxtil usando a tecnologia FDM. A parte condutiva preta é usada principalmente para a conexão elétrica e é feita de filamento PLA condutivo Proto-Pasta a uma temperatura de extrusão de 207 °C e uma temperatura de leito de impressão de 60 °C. A altura da camada é de 0.2 mm e a estrutura é preenchida. A parte branca é o filamento de PLA normal, que serve de fixação e conexão. O filamento preto com propriedades condutoras é conectado ao fio Shields para iluminar os LEDs no tecido. As peças impressas em 3D atuam como resistores em série para proteger os LEDs de tensões de aplicação excessivas que podem afetar sua operação normal. Quando a resistência interna é baixa, o brilho dos LEDs é menor porque os LEDs e as peças impressas em 3D são conectados ao resistor em série para funcionar como divisores de tensão e a queda de tensão é maior em resistências mais altas.

 têxteis inteligentes impressos com temperatura controlada

Existem vários tipos de têxteis inteligentes com regulação de temperatura, como os têxteis de regulação de temperatura e humidade mais comuns atualmente disponíveis no mercado, que são utilizados para reduzir a temperatura corporal removendo o excesso de humidade. No entanto, esses têxteis só podem ser acionados quando o ar entre o corpo e o tecido estiver com alto nível de umidade, o que limita sua aplicação em baixos níveis de umidade. Existem outras técnicas de controle de temperatura, incluindo tecidos de bolso frio com materiais de mudança de fase, tecidos refrigerados a ar e tecidos refrigerados a líquido, mas todos também têm suas limitações. Os pesquisadores têm feito muito trabalho no desenvolvimento de têxteis termorregulados para resolver esses problemas. Um material composto com nanofolhas de nitreto de boro (BNNSs) incorporado em uma matriz de polímero de álcool polivinílico (PVA) foi impresso em 3D na Universidade de Maryland para produzir tecidos inteligentes com temperatura controlada que podem reduzir a temperatura corporal rapidamente, conforme mostrado na Figura 2. BNNSs têm uma estrutura bidimensional e uma condutividade térmica no plano de até 2,000 W/(mK). Para utilizar as propriedades térmicas no plano dos BNNSs, as folhas devem ter boa orientação de alinhamento e dispersão uniforme. A dispersão uniforme pode ser alcançada porque os BNNSs podem promover a estabilização estrutural absorvendo polímeros quando sonicados em uma solução de PVA. Além disso, durante a impressão de fibra e posterior processamento de desenho a quente, fibras nanocompostas foram introduzidas por fluxo extensional uniaxial em que BNNSs formaram orientações bem alinhadas, resultando em caminhos de energia para transferência de calor de fônons. A natureza altamente orientada e interconectada dos BNNSs fornece caminhos térmicos adicionais, o que melhora efetivamente o desempenho térmico das fibras compostas a-BN/PVA. Os tecidos a-BN/PVA podem liberar calor adicional gerado pelo corpo humano ao longo das fibras. Os têxteis liberam o calor adicional gerado pelo corpo humano ao longo das fibras para o ambiente circundante, proporcionando assim um microclima termicamente confortável para resfriar o corpo humano.

Têxteis com memória de forma impressos em 3D

O polímero com memória de forma é um polímero que lembra sua forma original, muda sua forma sob certas condições e retorna à sua forma original aplicando estímulos como calor, eletricidade e campos magnéticos. Os polímeros com memória de forma são mais comumente usados ​​no ácido polilático (PLA), que também é um material comumente usado na impressão 3D e, portanto, pode ser produzido pela tecnologia de impressão 3D. A pesquisa atual sobre o uso da tecnologia de impressão 3D para imprimir polímeros com memória de forma está relacionada principalmente a dois aspectos do material, um é o uso de PLA 100% puro como polímero com memória de forma, mas como o material PLA pode ser estendido até a 10% [41], a estrutura precisa ser projetada para superar essa limitação antes da impressão. Este problema foi resolvido por Langford et al. usando uma estrutura de origami em espinha de peixe, conforme mostrado na Figura 3. A Figura 3(a) mostra um objeto impresso em 3D com uma estrutura de origami em espinha de peixe. A Figura 3(b) mostra que quando dobrado, o volume do objeto fica menor. Quando desdobrado, o volume do objeto aumenta, mas algumas pequenas rachaduras aparecem no objeto, conforme mostrado na Figura 3(c). A taxa de recuperação constante usual do filamento de PLA é de cerca de 61%, enquanto a taxa de recuperação da estrutura de origami em espinha de peixe é aumentada para cerca de 96%. Outra categoria é a impressão 3D usando compostos de PLA. guido Ehrmann, Andrea Ehrmann, usando uma impressora 3D FDM, formou uma mistura sólida misturando 80% PLA com 20% Fe₃O₄ e esmagando-a, depois extrudando-a em uma extrusora de parafuso duplo Uma estrutura porosa trabecular óssea foi impressa [42], como mostrado na Figura 4. Aplicando um campo magnético alternado de 30 kHz, mais de 95% de recuperação de forma foi alcançada após apenas 14 a 24 s. Além dessas possibilidades, o PLA pode ser misturado a outros polímeros para criar objetos com propriedades de recuperação. Por exemplo, a adição de hidroxiapatita (HAP), fibra de carbono, titanato de bário e poliéster amida (PEA) ao PLA pode ter um impacto na taxa de recuperação, dependendo da dose adicionada, da configuração dos parâmetros de impressão e dos fatores externos impostas para trazer a recuperação da forma. Esses polímeros com memória de forma impressos em 3D podem ser usados ​​para fazer tecidos com memória de forma para uso em têxteis inteligentes.

 

Têxteis eletrônicos inteligentes impressos em 3D

Os e-têxteis inteligentes integram componentes eletrônicos como sensores, microcontroladores, atuadores, dispositivos de conexão e fontes de energia. Os componentes eletrônicos tradicionais são feitos principalmente de metal, plástico e outros materiais, que são propensos a deformações irreversíveis quando ocorrem dobras, torções, alongamentos e outras situações, afetando assim o funcionamento normal dos componentes eletrônicos, mas o uso de materiais flexíveis pode compensar para os problemas acima. Esses componentes eletrônicos flexíveis podem não apenas fornecer funções portáteis para a vida diária das pessoas, mas também podem ser usados ​​para monitorar as informações de saúde do corpo humano devido à sua capacidade de interagir com a pele humana. No entanto, a tecnologia tradicional de processamento de componentes eletrônicos flexíveis apresenta limitações para o processamento de componentes eletrônicos com estruturas funcionais complexas. Portanto, a impressão 3D está atraindo a atenção como um processo de prototipagem rápida em 3D. Atualmente, várias tecnologias de impressão 3D têm sido amplamente utilizadas para dispositivos eletrônicos estruturais, e cada vez mais materiais flexíveis têm sido aplicados às tecnologias de impressão 3D, a fim de aumentar a adaptabilidade a diferentes requisitos funcionais dos produtos. Por exemplo, Yang Hui et al [43] usaram a reação química de PCL10K e metacrilato de etil isociânico para sintetizar policaprolactona (PCL), que pode ser usada como um material flexível para impressão 3D. A policaprolactona (PCL) foi impressa em um dispositivo flexível por uma impressora comercial SLA e revestida com materiais condutores, como nanopartículas de prata ou nanotubos de carbono (CNTs), para formar um dispositivo eletrônico flexível impresso em 3D com propriedades de memória de forma, conforme mostrado na Figura 5 Entre eles, o dispositivo da Fig. 5(a) consiste em um objeto impresso em polímero com memória de forma 3D. A Figura 5(b) mostra um sensor de temperatura elétrico flexível fabricado pela adição de nanopartículas de prata à superfície do objeto impresso em 3D com propriedades de memória de forma por um processo de sinterização à temperatura ambiente. Na Fig. 5(c), quando o sensor de temperatura elétrico flexível encontra um aumento de temperatura, sua forma muda de um circuito aberto para um circuito fechado e acende um diodo emissor de luz. O sensor flexível com comportamento de memória de forma impresso usando a tecnologia de impressão 3D não apenas oferece novas funções aos dispositivos eletrônicos, mas também desempenha um papel importante na melhoria da qualidade do produto, ao mesmo tempo em que muda a maneira como as pessoas interagem com os dispositivos eletrônicos.

Desenvolvimento Trenderização de 3D Penxágue Smercado Texilados

Ao aplicar a tecnologia de impressão 3D a têxteis inteligentes, a exploração de novos materiais, combinações de materiais, fios misturados e processamento básico de componentes de tecidos, incluindo novas fibras, formas de fios e estruturas de tecidos, entrará em um campo totalmente novo. Uma ampla gama de aplicações pode ser alcançada em termos de funções de proteção, conforto e cuidados com a saúde, desempenho de fácil manutenção, aparência e forma, desempenho de facilidade de uso e características ambientais. Atualmente, existem três aplicações tecnológicas de têxteis inteligentes impressos em 3D: a mais comum é a impressão 3D diretamente em têxteis, que pode adicionar novas funções aos têxteis existentes. O foco desta tecnologia é a adesão entre têxteis e materiais de impressão 3D. O grau de adesão dos diferentes materiais no tecido, além das propriedades de aquecimento dos dois materiais, também está relacionado à configuração dos parâmetros de impressão, como temperatura de impressão, velocidade de impressão, taxa de enchimento, ângulo de alinhamento etc. a combinação de substratos têxteis macios e confortáveis ​​e materiais duros, esses produtos serão mais amplamente utilizados em reabilitação médica e proteção de segurança no futuro. O segundo aspecto é imprimir em 3D diferentes estruturas têxteis, para que tenham algumas funções inteligentes e sejam amplamente utilizadas em robótica, vestuário, construção e outros campos. O terceiro aspecto é o uso de materiais flexíveis para impressão 3D, o desenvolvimento de materiais flexíveis ainda está em sua infância, com o rápido desenvolvimento de materiais elásticos no futuro, a impressão 3D de têxteis inteligentes pode fornecer boa respirabilidade e permeabilidade à umidade, proporcionando múltiplas funções. Espera-se que a impressão 3D direta em têxteis e a impressão estrutural de têxteis inteligentes usando diferentes materiais compostos sejam produzidos comercialmente em grandes volumes no futuro.

A impressão 3D é uma tecnologia para criar modelos sólidos com base em um modelo digital 3D com um acúmulo controlado por computador de materiais discretos camada por camada. Embora a maioria das impressoras 3D funcione de acordo com esses princípios e processos de trabalho, diferentes tipos de impressão 3D têm diferentes limitações técnicas. Os principais tipos de materiais usados ​​na impressão 3D são materiais líquidos, materiais sólidos e materiais em pó, e o processo de impressão com o mesmo material pode ser diferente, e o mesmo material em pó é usado para impressão 3D, mas o processo SLS requer o pó a ser O processo SLS requer pré-aquecimento do pó para reduzir a deformação e o pó pegajoso durante o processo de impressão, enquanto o processo BJ não requer a etapa de pré-aquecimento do pó. Além disso, algumas tecnologias optam por adicionar novos componentes com propriedades diferentes ao material impresso para dar funções especiais ao têxtil e, ao imprimir com novos materiais, parâmetros como temperatura e velocidade de impressão precisam ser redefinidos. As estruturas do processo de impressão 3D requerem principalmente pós-processamento para criar tecidos inteligentes com boa qualidade de superfície, propriedades mecânicas e funcionalidade. O pós-processamento inclui principalmente a remoção de estruturas de suporte, polimento, coloração, formação aprimorada, tratamento de preservação duradouro e revestimento de superfície. Embora o pós-processamento compense a falta de modelos impressos, também aumenta o processo de operação e o tempo de produção. Atualmente, os tecidos inteligentes impressos em 3D foram desenvolvidos e aprimorados rapidamente, mas existem certos defeitos e áreas para melhoria na estabilidade do processo de impressão, na precisão da moldagem, acabamento e pós-processamento. Além disso, a indústria têxtil inteligente de impressão 3D carece de desenvolvimento coordenado e estável, e não existe uma cadeia industrial ou sistema industrial completo, incluindo fornecedores perfeitos, um sistema de provedor de serviços, uma boa plataforma de mercado, etc. pesquisa e desenvolvimento e promoção de tecnologia.