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Additiver Druck auf Textil: Herausforderungen und Chancen für individuellen Stichschutz

Münks, Dominik Marcel 25 September 2024 (has links)
In der heutigen Gesellschaft verzeichnet die Nutzung persönlicher Schutzausrüstung (PSA) als Vorbeugung gegen Übergriffe einen stetig wachsenden Trend. Dieser beschränkt sich nicht mehr nur auf Polizeikräfte, sondern erstreckt sich zunehmend auf weitere Berufsgruppen, einschließlich Feuerwehr- und Rettungsdienstpersonal, Mitarbeiter im öffentlichen Dienst sowie im privaten Sektor. Der Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit liegt auf der innovativen Entwicklung additiv gefertigter Stichschutzwesten, basierend auf bioinspirierten und skalierbaren Schutzelementen. Das Ziel ist, einen hohen Schutz gegen Messerstiche gemäß der deutschen VPAM-KDIW 2004 K1 Prüfrichtlinie mit sehr gutem Tragekomfort zu kombinieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Westen, die oft große, starre Platten verwenden, kann diese Neuentwicklung die Akzeptanz von Schutzwesten bei Sicherheitskräften und anderen Zielgruppen erhöhen, da sie neben Schutz auch Komfort in verschiedenen Anwendungsszenarien bietet. 3-D-Körperscans dienten als Grundlage für die Erstellung der Schnittmuster der Schutzwesten und die individuelle Anpassung der Schutzstrukturen an die Körperkonturen und -krümmungen. Für die Bestimmung der Körperkrümmung wurde eine neuartige, automatisierte Methode entwickelt, die auch die Analyse und Berechnung von Körperkrümmungen in dynamischen Bewegungsszenarien ermöglicht. Verschiedene bioinspirierte Schutzstrukturen wurden mittels Fused Layer Modeling (FLM) und dem Continuous Filament Fabrication (CFF)-Verfahren gefertigt und in Anlehnung gemäß der deutschen VPAM-KDIW-Richtlinie getestet. Die Forschung konzentriert sich auf die Optimierung der Additive-Manufacturing-Prozessparameter, einschließlich der Materialauswahl, der Schichtanzahl, des Faservolumengehalts und der Faserorientierung. Die finale Materialkombination besteht aus einer Hochleistungspolymermatrix und Endlosfaserverstärkungen. Das Ergebnis ist eine stichhemmende Weste mit einem individuell gefertigten Schutzpaneel für einen Anwender. Die Ergebnisse zeigen, dass individueller Schutz durch den Einsatz des CFF-Verfahrens realisierbar ist. / In today's society, the use of Personal Protective Equipment (PPE) as a prevention against assaults is experiencing a steadily growing trend. This is no longer limited to police forces, but is increasingly extending to other occupational groups, including fire and rescue service personnel, public service employees and the private sector. The focus of this research is on the innovative development of additively manufactured stab-proof vests, based on bio-inspired and scalable protective structures. The aim is to combine a high level of protection according to the German VPAM-KDIW 2004 K1 guideline with very good wearing comfort. Compared to traditional vests, which often use large, rigid panels, this new development can increase the acceptance of protective waistcoats among security forces and other target groups, as it offers not only protection but also comfort in various application scenarios. 3-D body scans served as the basis for creating the pattern for the protective vests and individual adaptation of the protective structures to the body contours and curvatures. A new, automated method was developed for determining body curvature, which also allows for the analysis and calculation of body curvatures in dynamic movement scenarios. Various bio-inspired protective structures have been manufactured using Fused Layer Modeling (FLM) and Continuous Filament Fabrication (CFF) processes and tested according to the German VPAM-KDIW guidelines. The research focuses on optimizing the Additive Manufacturing process parameters, including material selection, number of layers, fiber volume content, and fiber orientation. The final material combination consisted of a high-performance polymer matrix and continuous fibre reinforcements. The result is a stab protection vest with a customised protective panel. The results show that customised protection can be realised using the CFF process.

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