Additiven Fertigungsprozessen (3D-Druck) wird im Rahmen der vierten industriellen Revolution eine entscheidende Rolle beigemessen. Das Verfahren, bei dem durch Ablagern von Material schichtweise ein Bauteil aufgetragen wird, zeigt genau dort seine Stärken, wo konventionelle Fertigung an ihre Grenzen stößt: Es gewährt ein hohes Maß an Designfreiheit sowie Funktionsoptimierung und -integration.

Bei der Herstellung technischer Textilien stehen vor allem die funktionellen Eigenschaften im Zentrum, wie sie beispielsweise bei Schutzkleidung wichtig sind. Für Textil- und Bekleidungsunternehmen erschließen sich durch additive Fertigung somit Möglichkeiten, die mit herkömmlichen Verfahren nicht gegeben sind: Elemente wie Steckverbindungen lassen sich via 3D-Druck direkt auf textile Flächen auftragen. Auf diese Weise entstehen neue Produkte, die die Funktionalität von Beginn an integrieren. Die Optimierung additiver Fertigungsverfahren für die Textilindustrie unterstützt das Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen derzeit in einem auf drei Jahre angelegten Verbundprojekt: Gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie entwickelt Fraunhofer UMSICHT im Projekt »AddiTex« Funktionstextilien für technische Anwendungen, die sich über ein 3D-Druckverfahren herstellen lassen.

Optimierung industriell einsetzbarer Filamente

Als 3D-Drucktechnologie soll im Projekt das Fused Deposition Modeling (FDM) zum Einsatz kommen. »Darin sehen wir das größte Potenzial zur Umsetzung einer industriellen 3D-Funktionalisierung textiler Produkte«, erklärt Dr. Inna Bretz, Projektleiterin von Fraunhofer UMSICHT koordiniert. Der FDM-Druck auf Textilien wird bisher aufgrund der mangelnden Verfügbarkeit geeigneter Polymerwerkstoffe noch nicht kommerziell verwendet. Denn industriell eingesetzte Werkstoffe müssen neben der Zugabe von Prozessadditiven wie Weichmachern noch zusätzlich additiviert werden (z.B. hinsichtlich UV-Stabilität oder Flammschutz), um eine ausreichende Haltbarkeit der gefertigten Bauteile zu gewährleisten. Die auf dem Markt verfügbaren Filamente weisen für diese speziellen industriellen Anforderungen bislang eine unzureichende Additivierung.

Die Werkstoff- bzw. Filament-Entwicklung stellt daher eine Herausforderung zur Fertigung textiler Verbundwerkstoffe dar. Dafür ist Fraunhofer UMSICHT verantwortlich. »Gemeinsam mit den am Projekt beteiligten Textilfirmen* haben wir deshalb relevante Problemstellungen identifiziert, die mithilfe maßgeschneiderter Werkstoffe via 3D-Druck gelöst werden sollen«, sagt Dr. Bretz. Dazu gehören maßgeschneiderte Bauteile aus Schmaltextilien und Kunststoffen für technische Anwendungen, die Applikation von 3D-Strukturelementen für textilen Sonnen- und Schallschutz sowie die Applikation angepasster Formverstärkungen für Schutz- und Funktionsbekleidung. »Zunächst müssen wir deshalb die Polymerwerkstoffe für die additive Fertigung im Verbund mit textilen Substraten entwickeln und modifizieren«, so die Chemikerin. »Und zwar so, dass sie mittels FDM direkt auf Textilien angebracht und als Hochleistungskunststoffe genutzt werden können.« Die sehr innovative Verwendung von reaktiven Additiven und die Nachvernetzung der gedruckten Teile ermöglicht es, die hohen Qualitätsansprüche an industriell gefertigte Waren hinsichtlich Stabilität, Haltbarkeit und auch Oberflächenbeschaffenheit zu realisieren.

Durch die Optimierung der einzelnen Verfahrensschritte im 3D-Druckverfahren sollen im Projekt »AddiTex« letztendlich neue, dreidimensionale Funktionstextilien für technische Anwendungen generiert werden. Anwendungsfelder sind vor allem Textilien im Bereich der Sport-, Schutz- und Sicherheitsbekleidung (PSA) sowie innovativer technischer Textilien (z.B. Automotive). Durch den Einsatz additiver Fertigungsverfahren kann die Textilbranche nicht nur von Beginn an ihre Produkte funktional optimieren, Fertigungsschritte wie das Zuschneiden, Einnähen oder Kleben von funktionalen Komponenten an ein Textil lassen sich auf diese Weise ebenfalls einsparen.

*Projektpartner:

BARLOG plastics GmbH (Projektkoordinator) | Junkers & Müllers GmbH | JUMBO-Textil GmbH & Co. KG | Hochschule Niederrhein, Forschungsinstitut für Textil und Bekleidung (FTB)

Förderhinweis

»AddiTex« wird gefördert mit einer Zuwendung des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 »Investitionen in Wachstum und Beschäftigung«. Projektträger: LeitmarktAgentur.NRW • Projektträger Jülich.