Die Kombination textiler Flächen mit additiv gedruckten, dreidimensionalen Elementen ermöglicht eine Funktionsoptimierung und –integration sowie ein hohes Maß an Designfreiheit. In dem Projekt AddiTex werden neue Kunststoff-Compounds mit Werkstoffeigenschaften entwickelt, die sowohl die Anforderungen des 3D-Druckverfahrens als auch (die) der Anwendungen, z. B. in Schutz- und Funktionsbekleidung, erfüllen.
Den additiven Fertigungsprozessen (3D-Druck) wird als automatisierte Fertigungstechnik zur Herstellung von High-Performance-Bauteilen eine entscheidende Rolle beigemessen. Auch für Textil- und Bekleidungsunternehmen erschließen sich damit in Zukunft einzigartige Möglichkeiten zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit und Einsparung von Ressourcen (neue Produkte, Abbau von Lieferketten, Verringerung der CO2-Emissionen), die mit herkömmlichen Produktionsverfahren nicht gegeben sind.
In dem Projekt wurden zunächst Polymerwerkstoffe für die additive Fertigung auf Textilien entwickelt. Darauf aufbauend wurden textile Verbundwerkstoffe mit bislang nicht darstellbaren Geometrien und Eigenschaften kreiert. Anwendungsbeispiele sind etwa der UV- und Schallschutz oder Funktions- und Schutzbekleidung.
Mittels der 3D-Drucktechnologie des Fused Deposition Modelings (FDM) werden schichtweise Kunststoffe aufgetragen und dreidimensionale Strukturen erzeugt. Der FDM-Druck auf Textilien wird bisher aufgrund der mangelnden Verfügbarkeit geeigneter Polymerwerkstoffe nicht kommerziell verwendet. Die auf dem Markt verfügbaren Filamente weisen eine unzureichende Additivierung für die speziellen industriellen Anforderungen auf. Durch Aufbau eines ganzheitlichen Fertigungssystems, in dem neue Funktionsmaterialien (Compounds) sowie die Füge- und Verbindungstechnologie inklusive Strukturierungs- und Oberflächentechnik (3D-Druck) aufeinander abgestimmt sind, sollen die speziellen Ansprüche der Industrie berücksichtigt und neue textile Verbundmaterialien erzeugt werden.
Die durch die Anwendung vorgegebenen Werkstoffeigenschaften führten gleichzeitig zu Problemen bei der Verarbeitung mittels FDM, weswegen die Oberflächen der Filamente modifiziert werden mussten. Als weitere Herausforderung erwies sich die permanente Haftung auf dem Textil: Der aufgedruckte Kunststoff soll mit dem Textil eine feste Verbindung eingehen und gleichzeitig ausreichend flexibel sein, um die Bewegung und Dehnung der Unterlage mitmachen zu können. Dafür wurde ein flexibles, flammgeschütztes Compound entwickelt, das eine Shore Härte von 70A hat. Dies eignet sich besonders für Anwendungen im Bereich des textilen Sonnen- und Schallschutzes und wurde bereits durch branchenübliche Tests erfolgreich auf seine Eignung hin geprüft. Werkstoffe in diesem Shore-Härte-Bereich sind zurzeit als FDM-Filament nicht auf dem Markt verfügbar.
Außerdem konnte ein steifes, glasfaserverstärktes Compound entwickelt werden, das sich besonders für den direkten Aufdruck von Steckverbindungen oder der Formverstärkung für Schutz- und Funktionsbekleidung eignet. Dadurch sollen Produktionsschritte eingespart und Kosten gesenkt werden. Zukünftig sollen auch biobasierte Kunststoffe für zur Fertigung textiler Verbundwerkstoffe getestet und weitere Anwendungen erschlossen werden.
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT