Прогресс исследований в области применения 3D-печати в умном текстиле

Введение

С ускоренным ростом рынка 3D-печати текстильная промышленность начала внедрять инновации и производить различные способы с использованием технологии 3D-печати, такие как 3D-печать текстиля, одежды, модных аксессуаров и обуви. По сравнению с традиционным текстилем, умный текстиль требует более высоких технологий производства, технология 3D-печати может решить эту проблему на некотором уровне путем прямой трехмерной печати с использованием материалов с умными свойствами для производства умного текстиля. Исследования по применению технологии 3D-печати в области умного текстиля могут дать новые идеи для продвижения разработки, дизайна и эксплуатации умной текстильной промышленности.

Классификация Sрынок Tизгнанники и Tнаследник Applications

Определение умного текстиля

Умный текстиль — это новый текстиль, который включает в себя материальную, биологическую, химическую, электронную информацию и другие технологии в текстиле, чтобы они могли ощущать, реагировать, приспосабливаться или адаптироваться к различным раздражителям (свет, температура, влажность, растворители, электричество, магнетизм и т. д.). ), а также продолжая свои собственные свойства. Его можно разделить на две категории: первая — это «пассивный» умный текстиль, который может изменять свои характеристики после воздействия окружающей среды. Например, к этой категории относятся ткани с эффектом памяти формы, гидрофобные или гидрофильные ткани и т. д. Еще одна категория «активного» умного текстиля — способность преобразовывать параметры контента в передаваемую информацию с помощью датчиков и исполнительных механизмов. Эти «активные» интеллектуальные ткани могут воспринимать различные сигналы окружающей среды, такие как температура, интенсивность света и загрязнение, и обеспечивать обратную связь с сигналами окружающей среды с помощью различных гибких и миниатюрных приводов на основе ткани, включая текстильные дисплеи, микровибрационные устройства и устройства. светодиоды. Благодаря развитию таких технологий, как нетканые материалы из нановолокон, проводящие волокна, пластиковые оптические волокна, графен, углеродные нанотрубки, небольшие электронные компоненты и датчики, а также микротонкие батареи, рост рынка смарт-текстиля получил огромный импульс.

Классификация умного текстиля

Умный текстиль широко используется в области транспорта, энергетики и медицины, защиты, безопасности, связи и других электронных продуктов и может быть классифицирован на умное изменение цвета, контроль температуры, память формы, водостойкий и влагопроницаемый, активный текстиль и умный электронный текстиль в соответствии с к различным функциям.

Умный текстиль, меняющий цвет

Смарт-текстиль, меняющий цвет, - это текстиль, который может отображать разные цвета при изменении внешних условий окружающей среды, таких как свет, температура, давление и т. Д. Эти умные ткани в основном включают фотохромные ткани, термохромные ткани, электрохромные ткани, термохромные ткани, хромированные ткани. и влагохромные ткани. Фотохромные ткани производят обратимое преобразование между двумя формами с разными спектрами поглощения при облучении светом, в основном в виде изменения цвета в зависимости от источника света, и первоначальный цвет может быть восстановлен после исчезновения источника света. Термохромные ткани могут менять свой цвет в зависимости от изменения температуры окружающей среды, и их изменение цвета в основном основано на механизме изменения pH и механизме поглощения/потери электронов. В электрохромном текстиле в основном используется плоская сэндвич-структура или линейная структура, в которой различные волокнистые электроды свернуты вместе для достижения эффекта изменения цвета волокон путем регулирования состава легирования и соотношения материалов, изменяющих цвет, или изменения химической структуры одного электрохромного материала. . Электротермические ткани, меняющие цвет, относятся к обратимому изменению цвета некоторых волокнистых материалов из-за тепла Джоуля под действием переменного положительного и отрицательного напряжения. Этот тип ткани представляет собой интеллектуальную ткань, меняющую цвет, которая сочетает в себе электрохромные и термохромные эффекты, фундаментальным принципом которых является термохромность. Пьезокерамические ткани меняют цвет, ощущая участок ткани под давлением через матрицу, образованную переплетением проводящих волокон в основе и утке.

Smart Tтекстиль с регулируемой температурой

Теплопередача между человеческим телом и окружающей средой в значительной степени зависит от синергетического эффекта температуры окружающей среды, движения воздуха, среднего лучистого нагрева, относительной влажности и текстиля одежды. Традиционные текстильные материалы, включая хлопок, полиэстер, шерсть и нейлон, имеют недостатки в контроле температуры. Например, при использовании хлопка для предотвращения потерь тепла в холодную зиму увеличение толщины является единственным способом, однако эффективность сохранения тепла ограничена. Жарким летом хлопок также не может блокировать инфракрасное излучение. Таким образом, разработка интеллектуальных тканей с регулируемой температурой позволяет тканям взаимодействовать с человеческим телом, чтобы контролировать выход энергии и регулировать температуру тела. Умные текстильные изделия с регулируемой температурой можно разделить на две категории в зависимости от их механизмов: первая категория относится к тканям, которые могут ощущать и реагировать на раздражители окружающей среды без входной мощности. Его физическая или химическая структура может изменяться в ответ на изменение температуры окружающей среды. Например, материалы с фазовым переходом, которые могут поглощать или выделять тепло в ответ на изменения окружающей среды, являются одними из основных материалов для интеллектуальных тканей с регулируемой температурой. Текстиль, сплавленный с материалами с фазовым переходом, может образовывать систему регулирования энергии, которая предназначена для поддержания температуры тела человека на постоянном уровне, чтобы люди не чувствовали себя слишком холодно или слишком жарко, и уменьшала выход энергии тела между горячим и холодным. столбы. Вторая категория – текстиль, который может преобразовывать тепло тела в электричество. Например, термоэлектрические (ТЭ) материалы на основе эффекта Зеебека используются в текстильной промышленности и продемонстрировали свой большой потенциал. Материалы TE используют этот эффект для преобразования высокой энтропийной энергии непосредственно в электричество. Кроме того, ТЭ материалы также могут преобразовывать электрическую энергию в тепловую для охлаждения или нагревания.

Текстиль с памятью формы

Текстильные материалы с памятью формы — это ткани с превосходными свойствами, такими как память формы, высокая скорость восстановления, ударопрочность и хорошая адаптируемость к внешним условиям, таким как температура, pH, электричество, свет, магнитное поле и растворители, за счет помещения материалов с функцией памяти формы в их путем плетения или отделки. По материалу ткани с памятью формы можно разделить на сплавы и полимеры. Сплавы с памятью формы представляют собой специальные металлические материалы, которые могут восстанавливать свою первоначальную форму после придания определенной формы путем соответствующего нагревания, облучения или химической обработки. Полимеры с памятью формы, как класс полимерных материалов, широко используются из-за их широкого спектра вариантов температурной памяти, легкого веса, простого сырья и обработки, а также больших восстанавливаемых переменных формы. Полимеры с памятью формы могут быть изготовлены в виде волокон с памятью, а затем сплетены из волокон в текстиль с функцией памяти; также может быть превращен в отделочный раствор, после отделки обычных тканей, так что текстиль с функцией памяти формы. После отделки текстиля с памятью формы его характеристики памяти будут медленно ослабевать с увеличением времени стирки или даже исчезать; в то время как волокна с памятью формы, сотканные из текстиля, его характеристики памяти и природа самого волокна, некоторые материалы могут постоянно поддерживать характеристики памяти формы.

 Водонепроницаемые и влагопроницаемые ткани

Водонепроницаемые и воздухопроницаемые ткани, также известные как «дышащие ткани», представляют собой ткани, которые не смачиваются водой под определенным давлением воды, что делает их водоотталкивающими, и в то же время пот, выделяемый человеческим телом, может отводиться на поверхность. снаружи текстиля в виде водяного пара, поэтому люди чувствуют себя некомфортно. Принцип водоотталкивающих и влагопроницаемых тканей заключается в диффузии молекул газа от высокой до низкой концентрации через зазор нити. В основном он включает в себя следующие четыре типа: текстиль высокой плотности изготавливается из гребенной хлопчатобумажной пряжи с высоким содержанием или ультратонких синтетических волокон с особенно плотной текстурой, с использованием изменения структуры ткани для достижения цели водонепроницаемости и влагопроницаемости; микропористые мембранные водонепроницаемые и влагопроницаемые ткани используют разницу между диаметром капель воды и диаметром молекул водяного пара, чтобы играть водонепроницаемую и влагонепроницаемую роль; водонепроницаемые и влагостойкие ткани с непористой мембраной используют молекулярную гидрофильность для увеличения поверхности водонепроницаемой мембраны Интеллектуальные водонепроницаемые и влагопроницаемые ткани относятся к ткани, которая может автоматически регулировать уровень влагопроницаемости в соответствии с различными характеристиками окружающей среды, такими как высокотемпературная ткань благодаря высокой влагопроницаемости для достижения отличного рассеивания тепла и эффекта потоотделения, а низкотемпературная ткань благодаря низкой влагопроницаемости для уменьшения рассеивания тепла для повышения тепла.

Умный активный текстиль

Умный активный текстиль меняет свою структурную форму в ответ на приложенные стимулы, такие как температура, давление, электрический ток, свет, влажность и растворители, для активации, восприятия, изменения цвета и сбора энергии. Благодаря преимуществам высокой нагрузки, высокой адаптивности, высокой пиковой производительности и стабильным механическим свойствам они теперь все чаще используются в мягких роботах, носимых электронных устройствах, динамическом камуфляже и биомедицинских приложениях. В то время как традиционная иерархия производства текстиля основана на волокнистом материале, структуре пряжи и форме ткани, умный активный текстиль разрабатывается на основе структурного уровня текстиля. Путем добавления в состав волокна таких активных материалов, как гидрогель, углеродные нанотрубки, графен и двойные чипы, сохраняются основные характеристики материалов из текстильного волокна и добавляются новые активные свойства. Структура пряжи — это второй шаг в иерархии интеллектуального активного текстиля, который изменяет механические свойства исходного волокнистого материала путем применения предварительного напряжения и ограничения. Основными структурными деформациями активной пряжи являются скрученная спиральная структура, пористая структура, сшитая сетчатая структура, многослойная структура и гибридная коаксиальная структура. Параметры, участвующие в этом процессе, включают количество нитей в пучках и крутку, применяемую на единицу длины, что дополнительно регулирует жесткость на изгиб, прочность на разрыв и скорость растяжения пряжи. Наконец, механические свойства активных волокон и пряжи можно дополнительно регулировать с помощью производственных процессов, таких как ткачество, вязание или плетение, для превращения активных нитей в текстильные формы.

Умный электронный текстиль

Умный электронный текстиль объединяет текстиль с электронными информационными технологиями, встраивая датчики и коммуникационные устройства в текстиль, а затем собирая и анализируя данные, генерируемые устройствами в текстиле, и предоставляя обратную связь с помощью таких технологий, как Интернет вещей, искусственный интеллект и компьютеры. Умный электронный текстиль состоит из электронных компонентов, таких как распределенные блоки обработки, различные датчики, устройства взаимодействия человека с компьютером, системы электропитания и т. д. Существует три основных способа реализации этих электронных компонентов в умном текстиле: первый способ — интегрировать существующие электронные компоненты в текстиль. Преимущество заключается в том, что производственный процесс относительно прост, но если используемые электронные компоненты слишком велики, также возникают проблемы, влияющие на использование и стирку пользователем. Второй путь заключается в использовании текстильных материалов и технологии производства текстиля для производства электронных компонентов. Хотя процесс интеграции проще, текстильные материалы и технология производства текстиля могут производить ограниченный тип электронных компонентов. Третья реализация заключается в производстве и использовании волокон для обеспечения некоторых электронных функций.

Классификация и характеристики технологии 3D-печати

Определение 3D-печати

3D-печать, также известная как аддитивное производство, представляет собой технологию, в которой файлы цифровых 3D-моделей используются в качестве основы для создания объектов путем послойной печати с использованием клейких материалов, таких как порошкообразные металлы или пластмассы. Процесс 3D-печати состоит из трех основных этапов: моделирование, печать и постобработка. Проектирование в САПР выполняется с помощью программного обеспечения для проектирования или 3D-сканера, цифровые файлы передаются в систему 3D-принтера, устанавливаются соответствующие параметры для начала печати, а после печати может потребоваться постобработка напечатанного объекта с использованием шлифовки, окрашивания и склеивания. завершенный. Традиционная технология обработки представляет собой в основном механическую обработку путем резки или разрезания материалов, тогда как 3D-печать является противоположностью традиционной обработке резки путем укладки слоев. По сравнению с традиционной механической обработкой преимущества 3D-печати заключаются в более быстрой обработке сложных деталей, улучшенных характеристиках проектирования функциональных продуктов, более быстром процессе проектирования продукта, интегрированном формовании для сокращения процесса сборки, более простых производственных инструментах, повышении энергосбережения и снижении производственных затрат. несколько продуктов в общей линейке. Таким образом, 3D-печать используется в сферах биомедицины, аэрокосмической промышленности, культурного творчества и цифровых развлечений, промышленного производства и строительства и даже находит применение в сфере образования.

Технологическая классификация 3D-печати

Технология 3D-печати широко используется в процессах формования, включая светоотверждаемое формование (SLA), селективное лазерное спекание (SLS), формование методом наплавления (FDM), селективное лазерное плавление (SLM), лазерное формование вблизи сетки (LENS), электронно-лучевое плавление. литье (EBM), многослойное твердое производство (LOM), технология многоголовочного распыления (PolyJet), распыление клея (Binder Jetting) и т. д. В текстильной и швейной промышленности, помимо SLA, наиболее часто используются технологии FDM и SLS. , PolyJet, Binder Jetting и другие технологии. Различные способы формования можно разделить на 7 типов, как показано в таблице 1. В разных технологиях 3D-печати используются разные материалы, FDM в основном использует для печати термопластичные полимеры, такие как ABS, PLA, PC, TPU, PVC, PPS и т. д. , SLS и SLA теоретически одинаковы, но разница в том, что SLS использует лазер для спекания порошка, такого как нейлоновый порошок, металлический порошок и т. д. Существуют также различные типы материалов, такие как пластик, металлы, керамика, стекло, бумага. , древесина, ингредиенты, скорлупа кокосовых орехов, шерсть, лен и т. д., используемые для производства. PLA и TPU — термопласты с хорошей гибкостью, коррозионной стойкостью и стойкостью к истиранию, а Bentley — акрилонитрил-бутадиен-стирол производства Orbi-Tech. Согласно недавним исследованиям, натуральные и синтетические волокна сами по себе могут использоваться в качестве материалов для 3D-печати, поскольку разработка материалов продолжается. При производстве текстиля с помощью 3D-печати физические свойства, на которые необходимо обратить внимание, — это мягкость. Кроме того, должны быть удовлетворены основные требуемые свойства текстильных материалов, такие как прочность на растяжение, стойкость к истиранию, воздухопроницаемость и т. д.

Технический Cистощение и Cхарактеристики 3D Pполоскание

 

Форма материала	Производственный процесс	Классификация процессов
Жидкий материал	Светоотверждаемое формование	Точечное отверждение (SL LTP BIS)
		Послойное отверждение (SGC)
		Голографическое интерференционное отверждение (HIS)
	Электрическое литье	Электрическое литье (ЭС)
	Охлаждение и отверждение	Поточечное отверждение (BPM, FDM, 3DW, ASP)
		Послойное отверждение (SDM, PVD, CVD)
Тонкослойный материал	Тонкий материал, склеенный термоплавким клеем	Тонкий материал, склеенный термоплавким клеем (LOM)
	Легкий связующий тонкий материал	Легкий связанный тонкий материал (SFP)
Частицы порошка	Охлаждение горячим расплавом	Лазерное спекание и плавление (SLS, GPD, SLM, EBM)
	Адгезионное соединение частиц порошка	Адгезионное скрепление порошковых частиц связующим (3ДП, СФ, ТСФ)

Преимущества умного текстиля, напечатанного на 3D-принтере

Технология 3D-печати открывает новые пути и предлагает много новых возможностей для эффективного производства умного текстиля. Это упрощает традиционные методы производства и снижает сложность производства за счет нескольких процессов формования. По сравнению с обычным производством 3D-печать имеет пять ключевых преимуществ в области умного текстиля: стоимость, скорость, инновации, качество и воздействие.

Значительное снижение производственных затрат

Умный текстиль, напечатанный на 3D-принтере, можно прототипировать или изготавливать напрямую без использования инструментов и форм, что может значительноtly сократить цикл создания прототипа продукта и сэкономить на инструментах. Поскольку производственный процесс выполняется 3D-принтерами самостоятельно, нет необходимости приобретать различные станки, что также устраняет часть затрат на покупку и обслуживание оборудования. Более того, скорость производства очень высока: от цифровой модели САПР до завершения производства она намного быстрее, чем традиционные методы обработки и формования при использовании технологии 3D-печати для изготовления умного текстиля, поскольку материал добавляется слой за слоем в контролируемом режиме. Таким образом, сокращение отходов материала, экономия времени и экономических затрат. Кроме того, 3D-печать сокращает цепочку поставок и устраняет необходимость в инвентаризации, хранении, упаковке и транспортировке, что также снижает затраты по сравнению с другими.

Производственный процесс значительно упрощен

Производство умного текстиля требует решения многих задач, таких как использование нетрадиционных нитей для ткачества, снижение повреждения основных и уточных нитей в процессе ткачества, сохранение формуемости тканей особой структуры. По сравнению с традиционным производством технология 3D-печати значительно сократила производственный процесс и производственные трудности, в основном с точки зрения более быстрого проектирования продукта, меньшей избыточности в интегрированном производстве и более простых производственных инструментов, как для печати пряжи, так и для текстильных форм.

 Комбинация нескольких материалов

Часть функциональности смарт-текстиля отражается в использовании материалов смарт-волокон, то есть для создания смарт-волокон будут использоваться различные свойства материалов, объединенных в единую структуру волокон, в то время как традиционные машины в процессе формирования ткани не легко интегрировать различные материалы для плетения. В других областях существует множество материалов для смешанного литья под давлением, но стоимость высока, а качество литья неравномерно. В отличие от технологии 3D-печати, на одной машине можно смешивать разные материалы, что дает инновационные возможности для разработки новых функций умного текстиля.

 Улучшение качества работы ткани

Технология 3D-печати улучшает характеристики ткани с двух сторон: во-первых, это материал для печати, благодаря использованию материалов с особыми свойствами для изготовления тканей, отличные характеристики материала напрямую влияют на эксплуатационные свойства ткани. Во-вторых, структура печати, структура печати ткани за счет изменения зазора между основой и утком пряжи, толщины и расположения, чтобы показать различное качество производительности. Кроме того, в традиционном производственном процессе из-за ограничений производственных инструментов и методов обработки сложные конструкции и слишком изогнутые и скрученные поверхности трудно обрабатывать, в отличие от 3D-печати, производство имеет преимущество в достижении любой сложной формы, потому что технология не подвержен техническим ограничениям традиционного производственного процесса.

 Обеспечьте устойчивое производство

Загрязнение окружающей среды, вызванное традиционной текстильной промышленностью, в основном связано с процессами обработки сырья, производства текстиля, окрашивания и отделки, такими как большое количество шума, создаваемого оборудованием, сточные воды, вызванные изменением размеров, кипячением, отбеливанием и стиркой, большое количество энергии, потребляемой в процессе нагрева оборудования, и отходы, образующиеся в процессе сокращения производства материалов, все это может привести к загрязнению окружающей среды. 3D-печать — это технология аддитивного производства цельных изделий, которая сокращает производственный цикл текстиля и в основном не производит отработанных газов и сточных вод, а часть восстановленных отходов может быть переработана.

Типы применения технологии 3D-печати в области умного текстиля

Умный текстиль может содержать оптические волокна, материалы с фазовым переходом, химические вещества или другие электронные компоненты, которые добавляют новые функции обычному текстилю. Все больше и больше текстильных материалов пытаются использовать технологию 3D-печати для непосредственного создания умного текстиля со сложными функциями. Текущие исследования сосредоточены на электропроводности, памяти формы, регулировании температуры и гибких электронных компонентах.

3D-печать смарт-проводящего текстиля

Наиболее распространенным методом разработки проводящего текстиля является прикрепление проводящих материалов к поверхности ткани, что может быть достигнуто путем ламинирования, нанесения покрытия, печати, распыления, ионного покрытия, химического покрытия, вакуумной металлизации, катодного напыления и химического осаждения из паровой фазы. и т. д. 3D-принтеры способны печатать точно заданные формы. Таким образом, проводящие нити или покрытия могут быть соединены, особенно с бессвинцовыми компонентами SMD (устройства поверхностного монтажа). В то же время 3D-печать позволяет корректировать структуру электронных компонентов для достижения наиболее подходящего структурного состояния ткани. Гриммельсманна и др. из Университета прикладных наук в Билефельде, Германия, использовали технологию 3D-печати для прямой печати на ткани, содержащей контуры, сотканные с использованием проводящих нитей Shieldex, так что 3D-печатные объекты были соединены как проводящие провода с небольшими электронными компонентами, что позволило ткани излучают свет, как показано на рис. 1. В качестве текстильной подложки было выбрано одностороннее вязаное крючком трикотажное полотно с текстурным эффектом и относительно компактной и однородной поверхностью, позволяющее 3D-печатному материалу лучше прилипать к ткани. Разработчик спроектировал электронный компонент SMD-LED, который был изготовлен на поверхности текстильной подложки по технологии FDM. Черная токопроводящая часть в основном используется для электрического соединения и изготовлена ​​из проводящей нити PLA Proto-Pasta при температуре экструдера 207 °C и температуре печатного стола 60 °C. Высота слоя 0.2 мм, структура заполнена. Белая часть — это обычная нить PLA, которая служит фиксацией и соединением. Черная нить с проводящими свойствами соединена с пряжей Shields, чтобы зажечь светодиоды на ткани. Детали, напечатанные на 3D-принтере, действуют как последовательные резисторы для защиты светодиодов от чрезмерных напряжений, которые могут повлиять на их нормальную работу. Когда внутреннее сопротивление низкое, яркость светодиодов ниже, потому что светодиоды и напечатанные на 3D-принтере детали подключены к последовательному резистору для работы в качестве делителей напряжения, а падение напряжения выше при более высоких сопротивлениях.

 печатный умный текстиль с регулируемой температурой

Существуют различные типы умного текстиля с регулированием температуры, такие как наиболее распространенные в настоящее время на рынке ткани с регулированием температуры и влажности, которые используются для снижения температуры тела путем удаления избыточной влаги. Однако эти текстильные изделия могут срабатывать только тогда, когда воздух между телом и тканью имеет высокий уровень влажности, что ограничивает их применение при низких уровнях влажности. Существуют и другие методы контроля температуры, в том числе ткани с холодным карманом с материалами с фазовым переходом, ткани с воздушным охлаждением и ткани с жидкостным охлаждением, но все они также имеют свои ограничения. Исследователи проделали большую работу по разработке терморегулируемого текстиля для решения таких проблем. Композитный материал с нанолистами из нитрида бора (BNNS), встроенными в полимерную матрицу из поливинилового спирта (PVA), был напечатан на 3D-принтере в Университете Мэриленда для изготовления интеллектуальных тканей с регулируемой температурой, которые могут быстро снизить температуру тела, как показано на рисунке 2. БННС имеют двумерную структуру и плоскую теплопроводность до 2,000 Вт/(мК). Чтобы использовать плоские тепловые свойства BNNS, листы должны иметь хорошую ориентацию выравнивания и равномерную дисперсию. Однородная дисперсия может быть достигнута, поскольку БННС могут способствовать структурной стабилизации за счет поглощения полимеров при обработке ультразвуком в растворе ПВС. Кроме того, во время печати волокон и последующей обработки горячим волочением нанокомпозитные волокна вводились одноосным потоком растяжения, в котором БННС образовывали хорошо выровненные ориентации, что приводило к энергетическим путям для фононной теплопередачи. Высокоориентированная и взаимосвязанная природа BNN обеспечивает дополнительные тепловые пути, которые эффективно улучшают тепловые характеристики композитных волокон a-BN/PVA. Текстиль a-BN/PVA может выделять дополнительное тепло, выделяемое человеческим телом вдоль волокон. Текстиль выделяет дополнительное тепло, вырабатываемое человеческим телом вдоль волокон, в окружающую среду, обеспечивая термически комфортный микроклимат для охлаждения тела человека.

Текстиль с эффектом памяти формы, напечатанный на 3D-принтере

Полимер с памятью формы — это полимер, который помнит свою первоначальную форму, изменяет свою форму при определенных условиях и возвращается к исходной форме под воздействием таких раздражителей, как тепло, электричество и магнитные поля. Полимеры с памятью формы чаще всего используются в полимолочной кислоте (PLA), которая также является материалом, обычно используемым в 3D-печати, и поэтому может быть произведена с помощью технологии 3D-печати. Текущие исследования по использованию технологии 3D-печати для печати полимеров с памятью формы в основном связаны с двумя аспектами материала, одним из которых является использование 100% чистого PLA в качестве полимера с памятью формы, но поскольку материал PLA может быть расширен до до 10% [41], перед печатью необходимо разработать структуру, чтобы преодолеть это ограничение. Эта проблема была решена Langford et al. с использованием структуры оригами в виде елочки, как показано на рисунке 3. На рисунке 3(a) показан напечатанный на 3D-принтере объект со структурой оригами в виде елочки. На рис. 3(б) видно, что в сложенном виде объем объекта становится меньше. В развернутом виде объем объекта увеличивается, но на объекте появляется несколько крошечных трещин, как показано на рис. 3(с). Обычная постоянная скорость восстановления нити PLA составляет около 61%, в то время как скорость восстановления структуры оригами в виде елочки увеличивается примерно до 96%. Другая категория — 3D-печать с использованием композитов PLA. guido Ehrmann, Andrea Ehrmann, используя 3D-принтер FDM, сформировали твердую смесь, смешав 80% PLA с 20% Fe42O4 и измельчив ее, затем экструдировали ее в двухшнековом экструдере. Была напечатана костно-трабекулярная пористая структура [30], как показано на рисунке 95. При приложении переменного магнитного поля частотой 14 кГц восстановление формы более чем на 24% было достигнуто всего за 3–XNUMX с. В дополнение к этим возможностям PLA можно смешивать с другими полимерами для создания объектов со свойствами восстановления. Например, добавление гидроксиапатита (HAP), углеродного волокна, титаната бария и амида полиэфира (PEA) к PLA может влиять на скорость извлечения в зависимости от добавленной дозы, настройки параметров печати и внешних факторов. вводят для восстановления формы. Эти полимеры с памятью формы, напечатанные на XNUMXD-принтере, можно использовать для изготовления тканей с памятью формы для использования в умном текстиле.

 

Умный электронный текстиль, напечатанный на 3D-принтере

Умный электронный текстиль объединяет электронные компоненты, такие как датчики, микроконтроллеры, приводы, соединительные устройства и источники энергии. Традиционные электронные компоненты в основном изготавливаются из металла, пластика и других материалов, которые склонны к необратимой деформации при изгибе, скручивании, растяжении и других ситуациях, что влияет на нормальную работу электронных компонентов, но использование гибких материалов может компенсировать для вышеуказанных проблем. Эти гибкие электронные компоненты могут не только обеспечивать портативные функции для повседневной жизни людей, но также могут использоваться для мониторинга информации о здоровье человеческого тела благодаря их способности взаимодействовать с кожей человека. Однако традиционная технология обработки гибких электронных компонентов имеет ограничения для обработки электронных компонентов со сложной функциональной структурой. Поэтому 3D-печать привлекает внимание как процесс быстрого 3D-прототипирования. В настоящее время различные технологии 3D-печати широко используются для структурных электронных устройств, и все больше и больше гибких материалов применяются в технологиях 3D-печати, чтобы повысить адаптируемость к различным функциональным требованиям продуктов. Например, Yang Hui и др. [43] использовали химическую реакцию PCL10K и изоцианового этилметакрилата для синтеза поликапролактона (PCL), который можно использовать в качестве гибкого материала для 3D-печати. Поликапролактон (PCL) был напечатан на гибком устройстве с помощью коммерческого SLA-принтера и покрыт проводящими материалами, такими как наночастицы серебра или углеродные нанотрубки (CNT), для формирования гибкого электронного устройства, напечатанного на 3D-принтере, со свойствами памяти формы, как показано на рисунке 5. Среди них устройство на рис. 5(а) состоит из трехмерного напечатанного объекта из полимера с памятью формы. На рисунке 3(b) показан гибкий электрический датчик температуры, изготовленный путем добавления наночастиц серебра к поверхности 5D-печатного объекта со свойствами памяти формы в процессе спекания при комнатной температуре. На рис. 3(c), когда гибкий электрический датчик температуры сталкивается с повышением температуры, его форма меняется с разомкнутой цепи на замкнутую и загорается светодиод. Гибкий датчик с памятью формы, напечатанный с использованием технологии 5D-печати, не только дает новые функции электронным устройствам, но и играет важную роль в повышении качества продукции, меняя способ взаимодействия людей с электронными устройствами.

Разработка Tрендеринг 3D Pполоскание Sрынок Tизгнание

Применяя технологию 3D-печати к интеллектуальному текстилю, исследование новых материалов, комбинаций материалов, смешанной пряжи и обработки основных компонентов ткани, включая новые волокна, формы пряжи и структуры ткани, откроет совершенно новую область. Широкий спектр применения может быть достигнут с точки зрения защитных функций, комфорта и заботы о здоровье, простоты ухода, внешнего вида и формы, простоты использования и экологических характеристик. В настоящее время существует три технологических применения умного текстиля с 3D-печатью: наиболее распространенным является 3D-печать непосредственно на текстиле, которая может добавить новые функции существующему текстилю. В центре внимания этой технологии находится адгезия между текстилем и материалами для 3D-печати. Степень сцепления различных материалов с тканью, помимо нагревательных свойств двух материалов, также связана с настройкой параметров печати, таких как температура печати, скорость печати, скорость заполнения, угол совмещения и т.д. сочетание мягких и удобных текстильных подложек и твердых материалов, эти изделия в будущем будут более широко использоваться в медицинской реабилитации и для обеспечения безопасности. Второй аспект заключается в 3D-печати различных текстильных структур, чтобы они имели некоторые интеллектуальные функции и находили широкое применение в робототехнике, одежде, строительстве и других областях. Третий аспект - использование гибких материалов для 3D-печати, разработка гибких материалов все еще находится в зачаточном состоянии, с быстрым развитием эластичных материалов в будущем 3D-печать умного текстиля может обеспечить хорошую воздухопроницаемость и влагопроницаемость, при этом давая множественные функции. Ожидается, что в будущем как прямая 3D-печать на текстиле, так и структурная печать умного текстиля с использованием различных композитных материалов будут производиться в больших объемах.

3D-печать — это технология создания твердотельных моделей на основе цифровой 3D-модели с управляемым компьютером накоплением послойно дискретных материалов. Хотя большинство 3D-принтеров работают в соответствии с такими принципами работы и процессами, разные типы 3D-печати имеют разные технические ограничения. Основными типами материалов, используемых в 3D-печати, являются жидкие материалы, твердые материалы и порошковые материалы, и процесс печати одним и тем же материалом может быть разным, и для 3D-печати используется один и тот же порошковый материал, но процесс SLS требует порошок должен быть Процесс SLS требует предварительного нагрева порошка, чтобы уменьшить деформацию и липкость порошка во время процесса печати, в то время как процесс BJ не требует этапа предварительного нагрева порошка. Кроме того, некоторые технологии предпочитают добавлять в печатный материал новые компоненты с разными свойствами, чтобы придать ткани особые функции, а при печати новыми материалами необходимо сбросить такие параметры, как температура печати и скорость печати. Структуры процесса 3D-печати в основном требуют постобработки для создания «умного» текстиля с хорошим качеством поверхности, механическими свойствами и функциональностью. Постобработка в основном включает в себя удаление поддерживающих структур, полировку, окраску, усиленную формовку, прочную, долговечную консервационную обработку и покрытие поверхности. Хотя постобработка компенсирует недостаток печатных моделей, она также увеличивает рабочий процесс и время производства. В настоящее время смарт-текстиль, напечатанный на 3D-принтере, быстро развивается и совершенствуется, но есть определенные недостатки и области для улучшения стабильности процесса печати, точности формования, отделки и постобработки. Кроме того, в индустрии умного текстиля с 3D-печатью отсутствует скоординированное и стабильное развитие, а также нет полной отраслевой цепочки или отраслевой системы, включая идеальных поставщиков, систему поставщиков услуг, хорошую рыночную платформу и т. д. В технологии все еще есть большой потенциал. исследования и разработки и продвижение технологий.