Die 3D-Drucktechnologie bietet eine Möglichkeit zur digitalen Funktionalisierung textiler Substrate. Jedoch hemmen fehlende Grundlagen, die geringe Materialpalette für textile Anwendungen, hohe Investitionskosten und lange Druckzeiten den Einsatz in der Textilindustrie. Die Arbeit befasst sich mit verschiedenen Einflüssen auf die Haftfestigkeit von 3D-Druck-Textil-Verbunden. Zudem werden die Effekte der 3D-Druckschichten auf die Eigenschaften der Textilien ermittelt. Dafür werden vier Gewebe und zwei Gestricke durch drei Druckmodule mit drei thermoplastischen Filamenten, einem thermoplastischen Granulat sowie einem Silikonkautschuk bedruckt.
Die Einflüsse der Faktoren Textilart, Faserstoff, Textilausrichtung, Textildicke und -oberfläche sowie die Druckmodule mit den verarbeitbaren Druckmaterialien werden experimentell untersucht. Die größten signifikanten Effekte auf die Haftfestigkeit hat die Materialwahl, wobei der Effekt des Druckmaterials größer ist als der Einfluss des Textils. Die Druckschichten beeinflussen die textilen Eigenschaften unterschiedlich stark. Die thermoplastischen Materialien erhöhen die breitenbezogene Biegesteifigkeit der Textilien je nach Druckmaterial und Schichtdicke. Das Zugverhalten der Substrate wird durch die Druckschichten bis auf einzelne Ausnahmen kaum beeinflusst. Die Abriebbeständigkeit der Textilien kann durch 3D-gedruckte Strukturen soweit erhöht werden, dass sie Scheuerversuchen mit erhöhten Anforderungen gegenüber Sandpapier standhalten.
Insgesamt ergänzt die Arbeit den Forschungsstand um Erkenntnisse zum 3D-Druck auf Textilien mithilfe unterschiedlicher Druckmodule. Zur verwendbaren Materialpalette gehören auch in anderen Veredlungsprozessen verwendete Materialien. Beispiele und Druckmuster veranschaulichen Anwendungspotenziale in den Bereichen der Sport-, Arbeits- und technischen Textilien.:Abkürzungen und Symbole
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung
2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie
2.1.2 Sintern und Schmelzen
2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung
2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie
2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung
2.2.2 Textilmodifikation
2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand
2.3 Überblick zur Haftfestigkeit
2.4 Zielstellung
3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden
3.1 Versuchsanlage am STFI
3.1.1 Filamentextruder
3.1.2 Nadelventil
3.1.3 Dispensersystem
3.2 Materialien
3.2.1 Textile Substrate
3.2.2 Druckmaterialien
3.3 Versuchsplanung und -durchführung
3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter
3.3.2 Versuchsplanung
3.3.3 Prüfverfahren
3.4 Methoden der statistischen Auswertung
4 Untersuchung zur Haftfestigkeit
4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats
4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials
4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit
4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils
4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul
4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit
5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde
5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen
5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke
5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten
5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien
5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke
6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften
6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit
6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien
6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien
6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten
6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit
6.2 Einfluss auf das Zugverhalten
6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien
6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien
6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten
6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten
6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien
6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien
6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten
6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten
6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien
7 Bewertung der erzielten Ergebnisse
7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand
7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Literaturverzeichnis
10 Anhang
10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung
10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit
10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie
10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung
10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit
10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten
10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalten / 3D printing technology offers an opportunity for digital functionalization of textile substrates. But lack of fundamentals, the small range of materials for textile applications, high investment costs and long printing times inhibit its use in the textile industry. This thesis addresses various influences on the adhesion strength of 3D printed textile composites. In addition, the effects of the 3D printed layers on the properties of the textiles are determined. For this purpose, four woven and two knitted fabrics are printed by three printing modules with three thermoplastic filaments, one thermoplastic granulate and one silicone rubber.
The influences of the factors textile type, fiber material, textile orientation, textile thickness and surface as well as the printing modules with the processable printing materials are investigated experimentally. The greatest significant effects on adhesion are due to the choice of material, with the effect of the printing material being greater than the influence of the textile. The printing layers affect the textile properties to different degrees. The thermoplastic materials increase the width-related bending stiffness of the textiles depending on the printing material and layer thickness. With a few exceptions, the tensile behavior of the substrates is hardly affected by the printing layers. The abrasion resistance of the textiles can be increased by 3D-printed structures to such an extent that they can withstand abrasion tests with increased requirements compared to sandpaper.
All in all, the work adds to the state of research knowledge on 3D printing on textiles using different printing modules. The range of materials that can be printed also includes materials used in other finishing processes. Examples and printed samples illustrate potential applications in the fields of sports, work and technical textiles.:Abkürzungen und Symbole
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung
2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie
2.1.2 Sintern und Schmelzen
2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung
2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie
2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung
2.2.2 Textilmodifikation
2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand
2.3 Überblick zur Haftfestigkeit
2.4 Zielstellung
3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden
3.1 Versuchsanlage am STFI
3.1.1 Filamentextruder
3.1.2 Nadelventil
3.1.3 Dispensersystem
3.2 Materialien
3.2.1 Textile Substrate
3.2.2 Druckmaterialien
3.3 Versuchsplanung und -durchführung
3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter
3.3.2 Versuchsplanung
3.3.3 Prüfverfahren
3.4 Methoden der statistischen Auswertung
4 Untersuchung zur Haftfestigkeit
4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats
4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials
4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit
4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils
4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul
4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit
5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde
5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen
5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke
5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten
5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien
5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke
6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften
6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit
6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien
6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien
6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten
6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit
6.2 Einfluss auf das Zugverhalten
6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien
6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien
6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten
6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten
6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien
6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien
6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten
6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten
6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien
7 Bewertung der erzielten Ergebnisse
7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand
7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Literaturverzeichnis
10 Anhang
10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung
10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit
10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie
10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung
10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit
10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten
10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalten
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:80438 |
| Date | 25 August 2022 |
| Creators | Zedler, Sarah Lysann |
| Contributors | Cebulla, Holger, Heßberg, Silke, Cebulla, Holger, Heßberg, Silke, Technische Universität Chemnitz, Westsächsische Hochschule Zwickau |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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