CH716120A1 - Verfahren zur additiven Fertigung eines textilen Flächenprodukts. - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur additiven Fertigung eines textilen Flächenprodukts und ein dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt 1 () offenbart. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte: Erstellen eines dreidimensionalen Modells des Vorprodukts und additive Fertigung des Vorprodukts gemäss dem dreidimensionalen Modell des Vorprodukts. Bei der additiven Fertigung wird hierbei ein Fertigungsmaterial schichtweise aufgebracht. An mindestens einer vorbestimmten Überkreuzungsposition von mindestens zwei faserförmigen Strukturen (2a, 2b) wird ein Trennschichtmaterial aufgebracht, welches vom Vorprodukt entfernbar und/oder inaktivierbar ist.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur additiven Fertigung eines textilen Flächenprodukts, sowie auf ein dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt.

Stand der Technik

[0002] Textile Flächenprodukte sind faserhaltige Produkte, welche durch verschiedenste herkömmliche Verfahren zu flächenförmigen Gebilden verarbeitet werden. Die gängigsten Herstellungsverfahren für textile Flächenprodukte sind Weben, Wirken und Knoten. Als Ausgangsstoff für die Herstellung eines textilen Flächengebildes dienen in den meisten Fällen Fäden und/oder Garne. Diese werden dann mittels einem der oben genannten Verfahren miteinander verbunden.

[0003] Beispielswiese werden beim Weben die Fasern oder Fäden zweier Fasersysteme, der Kette und dem Schuss, die im Wesentlichen quer oder gar senkrecht zueinander angeordnet sind, zu einem Gewebe verkreuzt. Beim Stricken hingegen werden die Fasern durch Umschlingungen miteinander verbunden.

[0004] Textile Flächenprodukte bieten den Vorteil, dass diese im Vergleich zu anderen flächigen Werkstoffen relativ flexibel sind, da die Fasern zueinander beweglich angeordnet sind, beziehungsweise relativ zueinander verschoben werden können. Ein Gewebe, welches wie oben beschrieben aus zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordneten Fasersystemen bestehen kann, bildet normalerweise ein Muster aus einer Vielzahl von quadratischen Aussparungen. Ein solches Gewebe ist in Richtung eines der beiden Fasersysteme praktisch unflexibel, weist jedoch in einem Winkel von etwa 45° zu den Fasersystemen aufgrund der relativen Beweglichkeit der einzelnen Fasern zueinander eine gewisse Flexibilität auf.

[0005] Die additive Fertigung von Werkstücken, welche allgemein auch als 3D-Druck bezeichnet wird, bietet einen schnellen und kostengünstigen Zugang zur Fertigung von Modellen, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten. Charakteristisch für additive Fertigungstechniken ist, dass das Material Schicht für Schicht aufgetragen oder zumindest gebildet wird und somit dreidimensionale Gegenstände entstehen.

[0006] Im Stand der Technik sind verschiedene additive Fertigungstechniken bekannt. Zu den am weitesten verbreiteten Techniken gehören Stereolithografie (SLA), Laser-Sintern (SLS), Laserstrahlschmelzen (LBM), Polyjet Modelling (Polyjet oder PJM), Multi-Jet Modelling (MJM) oder Schmelzschichtung (FDM).

Darstellung der Erfindung

[0007] Ein Nachteil der oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von textilen Flächenprodukten ist, dass das Verfahren hinsichtlich der Fertigungsvariabilität, vor allem hinsichtlich der industriellen Fertigung, stark eingeschränkt ist. So ist es beispielsweise nicht ohne weiteres möglich, ein textiles Flächenprodukt herzustellen, bei welchem mehrere der oben genannten Verfahren zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist es nicht möglich, eine Kombination aus Gestrick und Gewebe herzustellen. Des Weiteren können die Fasern auch nicht einfach während des Verfahrens verändert werden. So wäre es beispielsweise vorteilhaft, wenn die Fasern an vorbestimmten Stellen eine andere Breite, Durchmesser, Form, Höhe Breite und/oder Materialzusammensetzung aufweisen würden.

[0008] Die bereits oben erwähnte Flexibilität textiler Flächenprodukte, beispielsweise eines Gewebes oder Gestricks, kann in einigen Fällen sehr vorteilhaft und erwünscht sein. Allerdings kann ein flexibles, insbesondere streck- und/oder dehnbares textiles Flächenprodukt auch nachteilig sein, da diese beispielsweise bei längerem Gebrauch zur Verformung neigen. Besonders bei funktioneller Kleidung, kann es sein, dass es an gewissen Stellen des Kleidungsstücks erwünscht ist, dass dort eine gewisse Flexibilität der Fasern gegeben ist, während es an anderen Stellen desselben Kleidungsstücks unerwünscht sein kann. Mithilfe gängiger Verfahren muss hier ein Kompromiss hinsichtlich der Flexibilität gemacht werden oder es müssen aufwendige Alternativlösungen verfolgt werden.

[0009] Die additive Fertigung von textilen Flächenprodukten ist schwierig, da die einzelnen Fasern eines solchen Produkts oft sehr dünn sind und damit die Abstände zwischen den Fasern, beispielsweise die sogenannte Maschenweite, sehr klein dimensioniert sind. Aus diesem Grund verkleben die einzelnen Fasern häufig während der Fertigung, weswegen Überkreuzungen von Fasern, welche sich dadurch auszeichnen, dass die Fasern an den Überkreuzungen frei zueinander beweglich sind, noch immer nicht hergestellt werden können.

[0010] Es ist somit die allgemeine Aufgabe der Erfindung den Stand der Technik im Bereich von dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukten und Verfahren zur additiven Fertigung von textilen Flächenprodukten weiterzuentwickeln und vorzugsweise die Nachteile des Standes der Technik ganz oder teilweise zu überwinden.

[0011] In vorteilhaften Ausführungsformen wird ein Verfahren zur additiven Fertigung eines textilen Flächenprodukts bereitgestellt, welches es erlaubt dreidimensional gedruckte textile Flächenprodukte mit einer Vielzahl von faserförmigen Strukturen bereitzustellen, wobei mindestens ein Teil der faserförmigen Strukturen Überkreuzungen ausbilden an welchen die faserförmigen Strukturen zueinander beweglich angeordnet und bevorzugt an diesen nicht stoffschlüssig verbunden sind.

[0012] In weiteren Ausführungsformen wird ein dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt bereitgestellt, welches Eigenschaften, insbesondere die Flexibilität, eines herkömmlich hergestellten Gewebes, Gewirkes oder Gestricks aufweist.

[0013] Die allgemeine Aufgabe wird durch ein Verfahren zur additiven Fertigung eines textilen Flächenprodukts mit einer Vielzahl faserförmiger Strukturen gemäss eines ersten Aspekts der Erfindung gelöst. Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst dabei die Schritte: Erstellen eines dreidimensionalen Modells des Vorprodukts und additive Fertigung des Vorprodukts gemäss dem dreidimensionalen Modell des Vorprodukts. Bei der additiven Fertigung wird hierbei ein Fertigungsmaterial schichtweise aufgebracht. An mindestens einer vorbestimmten Überkreuzungsposition von mindestens zwei faserförmigen Strukturen wird ein Trennschichtmaterial aufgebracht, welches vom Vorprodukt entfernbar und/oder inaktivierbar ist. Der Fachmann versteht, dass das Fertigungsmaterial zu Beginn der additiven Fertigung typischerweise auf eine Unterlage aufgebracht wird, welche in der Regel weder Teil des Vorprodukts, noch des textilen Flächenprodukts ist. Nach erfolgter additiver Fertigung des Vorprodukts kann dieses von einer solchen Unterlage entfernt werden.

[0014] Mit einem erfindungsgemässen Verfahren kann somit eine lokale und/oder temporäre Trennung einzelner faserförmiger Strukturen im Vorprodukt erreicht werden. Das Trennschichtmaterial verhindert, dass sich die Schichten des Fertigungsmaterials zumindest während der additiven Fertigung berühren. Dies ist insbesondere während der additiven Fertigung vorteilhaft, da so lokal an den Überkreuzungspositionen verhindert wird, dass sich das unter Umständen noch fliessfähige oder weiche Fertigungsmaterial einer faserförmigen Struktur mit dem Fertigungsmaterial einer weiteren faserförmigen Struktur stoffschlüssig verbindet. Da die Position des Trennschichtmaterials, die Überkreuzungsposition, vorbestimmbar ist, kann somit selektiv bestimmt werden an welchen Stellen die faserförmigen Strukturen unbeweglich zueinander und an welchen Stellen diese flexibel, d.h. relativ zueinander beweglich angeordnet sein sollen. Folglich kann mithilfe des erfindungsgemässen Verfahrens ein textiles Flächengebilde mit insbesondere in sich variabler Flexibilität hergestellt werden.

[0015] Ein textiles Flächenprodukt gemäss der vorliegenden Erfindung bezeichnet Produkte, welche eine Vielzahl von faserförmigen Strukturen enthalten, welche durch Überkreuzungen miteinander verbunden sind. In einigen Ausführungsformen kann das textile Flächenprodukt im Wesentlichen aus faserförmigen Strukturen bestehen.

[0016] Eine Überkreuzung ist im Allgemeinen eine Verbindung von mindestens zwei faserförmigen Strukturen, welche jedoch nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Insbesondere sind die faserförmigen Strukturen zumindest an einer Überkreuzung relativ zueinander frei beweglich angeordnet.

[0017] Das dreidimensionale Modell des Vorprodukts wird typischerweise auf CAD (computer aided design) Basis erstellt. Die resultierenden CAD Daten können anschliessend in ein Format gewandelt werden, welches insbesondere von einem 3D-Drucker für die anschliessende additive Fertigung gelesen werden kann.

[0018] Das Fertigungsmaterial bezeichnet typischerweise das Material aus welchem das mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte textile Flächenprodukt im Wesentlichen besteht. In einigen Ausführungsformen kann das Fertigungsmaterial beispielsweise Polyester, Polyamid, Polyimid, Aramid, Polyacryl, Polyethylen, Polypropylen, Elastan, Nylon, Polyharnstoff, Polyphenylensulfid, Melamin, oder Mischungen derselben umfassen. Es ist zudem auch möglich die jeweiligen Monomervorläufer als Fertigungsmaterial zu verwenden, wie zum Beispiel Methylacrylat um ein Polyacryl herzustellen.

[0019] Das Fertigungsmaterial und das Trennschichtmaterial sind typischerweise unterschiedliche Materialien, welche insbesondere unterschiedliche chemische und/oder physikalische Eigenschaften aufweisen.

[0020] Eine Überkreuzungsposition von mindestens zwei faserförmigen Strukturen wird in einigen Ausführungsformen beim Erstellen des dreidimensionalen Modells des Vorprodukts vorbestimmt. Beispielsweise kann die Überkreuzungsposition bereits in CAD Daten vorbestimmt, bzw. einprogrammiert werden.

[0021] Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung ist eine entfernbare Trennschicht eine Schicht, welche ohne den Aufwand von grösserer mechanischer Kraft und/oder ohne Zerstörung/Beschädigung des aufgebrachten Fertigungsmaterials, dessen räumlicher Struktur, des Vorprodukts und/oder des erhaltenen textilen Flächenprodukts entfernbar oder trennbar ist. Typischerweise kann die Trennschicht chemisch entfernbar sein, beispielsweise durch Auflösen. Alternativ kann das Trennschichtmaterial auch anstatt entfernbar, inaktivierbar ausgestaltet sein. So fallen Ausschneiden, Abreissen, und ähnliche Verfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht unter den Begriff „entfernen“. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Trennschichtmaterial durch Energieeinwirkung von einem ersten, aktiven Zustand, in einen zweiten, inaktiven Zustand überführt werden kann. Dies kann zum Beispiel mittels elektromagnetischer Strahlung erreicht werden. Im inaktiven Zustand kann das Trennschichtmaterial beispielsweise instabil, insbesondere porös, brüchig oder flüssig werden, sodass es anschliessend vom Vorprodukt entfernt werden kann. Für das Entfernen des Trennschichtmaterials kann im Allgemeinen die beim Laufen auftretende Kraft genügen.

[0022] Typischerweise verhindert das Trennschichtmaterial mindestens temporär, dass sich an einer Überkreuzungsposition mindestens zwei faserförmige Strukturen zumindest während der additiven Fertigung des Vorprodukts berühren und sich dabei stoffschlüssig verbinden.

[0023] In weiteren Ausführungsformen wird das Trennschichtmaterial in einem nachfolgenden Schritt, d.h. im Anschluss an die additive Fertigung des Vorprodukts, entfernt oder alternativ inaktiviert.

[0024] In weiteren Ausführungsformen wird das Trennschichtmaterial während der additiven Fertigung zwischen zwei Schichten des Fertigungsmaterials mindestens zweier faserförmiger Strukturen aufgebracht. Typischerweise geschieht dies an einer vorbestimmten Überkreuzungsposition. Nach Entfernung oder Inaktivierung der Trennschicht werden somit zwei sich überkreuzende und frei relativ zueinander bewegliche faserförmige Strukturen aus dem Fertigungsmaterial erhalten, welche zumindest an der Überkreuzung nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

[0025] Typischerweise werden also während der additiven Fertigung des Vorprodukts zuerst eine oder mehrere Schichten des Fertigungsmaterials aufgebracht, dann anschliessend an einer vorbestimmten Überkreuzungsposition eine oder mehrere Schichten des Trennschichtmaterials und anschliessend wieder ein oder mehrere Schichten des Fertigungsmaterials. Optional kann dieser Vorgang in Fertigungsrichtung, d.h. in vertikaler Richtung, beliebig oft wiederholt werden.

[0026] In weiteren Ausführungsformen umfasst das Trennschichtmaterial ein lösliches Polymer, bevorzugt ein Photopolymer. So können beispielsweise ein wasserlösliches Polymer als Trennschichtmaterial und gleichzeitig ein wasserunlösliches Fertigungsmaterial verwendet werden. Besonders bevorzugt sind jedoch Trennschichtmaterialien, welche alkalisch oder sauer löslich sind. Hierbei können beispielsweise lösliche und/oder hydrolysierbare Polyester oder Polyamide verwendet werden. Diese können vergleichsweise rückstandlos vom Vorprodukt entfernt werden. Zudem sind alkalisch oder sauer lösliche Polymere häufig nur schlecht in neutral wässriger Lösung löslich, jedoch sehr gut in basischer, bzw. saurer Lösung. Gegenüber rein-wasserlöslichen Polymeren hat dies den Vorteil, dass bei der additiven Fertigung nicht strikt auf Wasser verzichtet, beziehungsweise dessen Auftreten vermieden werden muss, um eine frühzeitige und ungewollte Entfernung des Trennschichtmaterials zu vermeiden.

[0027] In einigen Ausführungsformen kann das Trennschichtmaterial durch eintauchen in ein wässriges, insbesondere ein saures oder alkalisches Tauchbad entfernt werden.

[0028] Photopolymere bieten den Vorteil, dass diese ihre Eigenschaften bei Einwirkung von Strahlung einer bestimmten Wellenlänge, insbesondere Strahlung im UV-VIS Bereich, ändern. So kann ein Photopolymer verwendet werden, welches durch Bestrahlung mit Licht erst löslich, insbesondere wasserlöslich, oder porös und/oder brüchig wird und somit sehr leicht vom Vorprodukt entfernt werden kann. Die Verwendung von Photopolymeren hat den Vorteil, dass diese sehr selektiv und für das Fertigungsmaterial sehr schonend entfernt werden können. Somit kann hierdurch eine sehr genaue Trennung zwischen zwei faserförmigen Strukturen an der Überkreuzung erreicht werden, ohne dass diese dabei beschädigt werden. Solange das Fertigungsmaterial nicht ebenfalls ein Photopolymer ist, verändert sich dieses im Wesentlichen bei der Entfernung des Trennschichtmaterials nicht. Alternativ kann ein Photopolymer verwendet werden, dass sich bei Lichteinstrahlung verflüssigt. Beispielsweise können diverse Polyester oder Polyamide als Photopolymere verwendet werden, wie z.B. ein Polymer aus Acrlysäure 2-hydroxyethylester, N,N-dimethylacrylamid, dipentaerythritol pentaacyrlat, N,N-dimethyl-1,3-propylenbisacrylamid oder ein Copolymer aus einem Acrylsäurederivat, wie Acrlysäure 2-hydroxyethylester, und einem Alkohol.

[0029] Alternativ kann als Trennschichtmaterial ein Puder oder auch ein Gel verwendet werden, welcher/s entfernbar und/oder inaktivierbar ist.

[0030] In weiteren Ausführungsformen wird das Trennschichtmaterial durch Auswaschen entfernt. Als besonders effektiv hat sich hierbei das Auswaschen in einem alkalischen Bad erwiesen, da hierdurch textile Flächengebilde erhalten wurden, bei welchen die einzelnen durch die Trennschicht getrennten faserförmigen Strukturen im Wesentlichen keine stoffschlüssigen Verbindungen zeigten und bei welchen das Trennschichtmaterial schnell vollständig entfernt werden konnte. Beispielsweise kann ein solches alkalisches Bad eine wässrige Lösung aus Natriumhydroxid und optional Natriumsilikat umfassen. Je nach Trennschichtmaterial kann das Auswaschen auch mit einer sauren Lösung erreicht werden.

[0031] In weiteren Ausführungsformen umfasst das textile Flächenprodukt ein Gewebe, Gewirke und/oder Gestrick. Der Fachmann versteht, dass sich diese Bezeichnung nicht auf die Herstellungsmethode bezieht, da das textile Flächenprodukt nicht durch herkömmliche Textilverfahren wie Weben, Stricken, Knoten oder Wirken hergestellt wird, sondern darauf, dass das durch additive Fertigung erhaltene Produkt zumindest teilweise die Eigenschaften, insbesondere die Faserstruktur oder Faserverlauf, eines Gewebes, Gewirkes oder Gestricks aufweist.

[0032] Beispielsweise kann beim Erstellen des dreidimensionalen Vorprodukts bestimmt werden, dass das textile Flächenprodukt ein Gewebe umfassen soll. In diesem Fall werden die vorbestimmten Überkreuzungspositionen derart gewählt, dass sich nach Entfernen des Trennschichtmaterials die Struktur und/oder den Faserverlauf eines Gewebes ausbildet. Gegenüber dem herkömmlichen Weben hat das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil, dass innerhalb des textilen Flächenprodukts in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Textilstrukturen erhalten werden können. So kann z.B. ein Bereich des textilen Flächenprodukts als Gewebe und ein Weiterer als Gestrick ausgebildet sein.

[0033] Bei einem erfindungsgemässen Verfahren wird die Textilstruktur mit zueinander beweglichen faserförmigen Strukturen, insbesondere die Überkreuzungen, nicht durch herkömmliche Methoden, insbesondere mechanische Methoden, wie Stricken, Weben oder Wirken, erreicht, sondern direkt durch additive Fertigung und vorzugsweise durch Entfernen des Tren nschichtmaterials.

[0034] Gemäss weiterer Ausführungsformen werden beim Erstellen des Modells des dreidimensionalen Vorprodukts Verbindungspunkte des Vorprodukts festgelegt, wobei die Verbindungspunkte bei der nachfolgenden additiven Fertigung frei von Trennschichtmaterial bleiben und/oder Überkreuzungspositionen festgelegt, wobei die Überkreuzungspositionen bei der nachfolgenden additiven Fertigung mit Trennschichtmaterial beschichtet werden. Solche Ausführungsformen haben den Vorteil, dass Bereiche oder Richtungen des hergestellten textilen Flächenprodukts bestimmt werden können, welche flexibel, beispielsweise dehn-, bzw. streckbar, sind und andere Bereiche oder Richtungen, welche unnachgiebig und damit nicht flexibel ausgestaltet sind. Beispielsweise kann als Textilgrundstruktur ein Gewebe hergestellt werden, welches jedoch Verbindungspunkte aufweist, an denen zwei faserförmige Strukturen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Zusätzlich oder alternativ kann ein solches Gewebe jedoch Überkreuzungen aufweisen oder ausschliesslich Überkreuzungen aufweisen, sodass die faserförmigen Strukturen im Wesentlichen an keiner Position stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Das erfindungsgemässe Verfahren hat jedoch den Vorteil, dass genau vorherbestimmt werden kann, in welchen Bereichen und/oder in welche Richtungen das textile Flächenprodukt eher steif und unnachgiebig und in welchen Bereichen und/oder Richtungen es flexibel ausgestaltet sein soll.

[0035] Beispielsweise können Verbindungspunkte dazu benutzt werden, dass die Flexibilität innerhalb des textilen Flächenprodukts entlang einer Linie oder eines Streifens, welche vorbestimmbar ist, eingeschränkt werden kann. Wird etwa eine durchgehende Linie von Verbindungspunkten im dreidimensionalen Modell des Vorprodukts definiert, dann wird dort während der additiven Fertigung kein Trennschichtmaterial aufgebracht, sodass sich die entsprechenden faserförmigen Strukturen an dieser Stelle stoffschlüssig verbinden.

[0036] In weiteren Ausführungsformen kann das Trennschichtmaterial in einer Dicke von 0.01 bis 0.3 mm, vorzugsweise 0.05 bis 1.5 mm aufgebracht werden. Es hat sich gezeigt, dass diese Dicke dazu führt, dass die mindestens zwei faserförmigen Strukturen an den Überkreuzungen während der additiven Fertigung ausreichend weit voneinander beabstandet sind, sodass sich keine stoffschlüssige Verbindung zwischen diesen Strukturen ausbilden kann.

[0037] In weiteren Ausführungsformen erfolgt die additive Fertigung mit einer Schichtdicke von 0.01 bis 0.1 mm, bevorzugt 0.01 bis 0.04 mm. Hierdurch wird eine für die zweckmässige Verwendung als textiles Flächenprodukt, beispielsweise als Kleidung, wie Hosen, T-Shirts oder Schuhe, zufriedenstellende Auflösung erreicht.

[0038] Bevorzugt erfolgt die additive Fertigung mittels selektivem Lasersintern (SLS), laserbasierter Stereolithographie (SLA), Polyjet oder Schmelzschichtung (FDM). Es sind jedoch auch weitere, insbesondere Abwandlungen der oben beschriebenen additiven Fertigungsverfahren möglich.

[0039] Gemäss eines weiteren Aspekts der Erfindung wird die technische Aufgabe in allgemeiner Weise durch ein erfindungsgemässes dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt gelöst. Das erfindungsgemässe dreidimensional gedruckte textile Flächenprodukt enthält faserförmige Strukturen, welche miteinander durch Überkreuzungen verbunden sind und relativ zueinander zumindest teilweise beweglich angeordnet sind.

[0040] In einigen Ausführungsformen kann das dreidimensional gedruckte textile Flächenprodukt im Wesentlichen aus den faserförmigen Strukturen bestehen.

[0041] Der Fachmann versteht, dass ein dreidimensional gedrucktes Produkt einen schichtweisen Aufbau aufweist. Wie oben offenbart, kann die additive Fertigung beispielsweise mit einer Schichtdicke von 0.01 bis 0.1 mm, bevorzugt 0.01 bis 0.04 mm erfolgen. Allgemein sind in einem schichtweisen Aufbau die Polymerketten des Fertigungsmaterials horizontal, d.h. in der Schichtebene gerichtet. Zudem definiert die Schichtdicke Schichtportionen, welche in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind. Der schichtweise Aufbau kann zudem von aussen sichtbar sein oder mittels bildgebender Verfahren sichtbar gemacht werden.

[0042] Die faserförmigen Strukturen können zudem ineinander übergehen und/oder an den Enden miteinander verbunden sein.

[0043] Ein dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt kann nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt werden.

[0044] Wie bereits dargelegt, sind an den Überkreuzungen mindestens zwei faserförmige Strukturen relativ zueinander beweglich angeordnet, d.h. diese sind an den Überkreuzungen insbesondere nicht stoffschlüssig verbunden.

[0045] In einigen Ausführungsformen umfassen die Überkreuzungen Verknotungen, Verschlingungen, Verwebungen und/oder Verschlaufungen, bzw. Verkettungen. Es ist zudem möglich, dass ein textiles Flächenprodukt in weiteren Ausführungsformen mehrere verschiedene Überkreuzungen aufweist. Beispielsweise kann ein Textil in einem gewissen Bereich nur Verschlaufungen aufweisen und in einem anderen Bereich nur Verwebungen. Hierdurch können spezifische Bereiche des textilen Flächenprodukts oder eines daraus hergestellten Kleidungsstücks individuell ausgestaltet werden, ohne dass sich die Herstellung verzögert und/oder aufwendiger gestaltet.

[0046] In weiteren Ausführungsformen weisen die einzelnen faserförmigen Strukturen in sich eine variable Dicke, einen variablen Durchmesser, einer variable Höhe und/oder Breite und/oder eine variable Querschnittsform auf. So ist es beispielsweise möglich, dass der Querschnitt einer faserförmigen Struktur an einer Stelle des Flächenprodukts rund, und der Querschnitt derselben faserförmigen Struktur an einer anderen Stelle eckig und/oder flach ausgebildet sein kann. Des Weiteren können einzelne faserförmige Strukturen an vorbestimmten Stellen Verdickungen aufweisen, beispielsweise kugelförmige Verdickungen, welche die Bewegung relativ zu einer weiteren faserförmigen Struktur des textilen Flächengebildes, insbesondere durch Verhaken, einschränken können. Eine variable Dicke oder ein variabler Durchmesser der einzelnen faserförmigen Strukturen kann beispielsweise dazu verwendet werden, besonders beanspruchte Stellen eines, aus dem textilen Flächenprodukts hergestellten Kleidungsstücks zu verstärken oder zu schützen. Beispielsweise treten Falten im Obermaterial eines Schuhs beim Laufen häufig an derselben Stelle auf, was diese anfällig für den Bruch der faserförmigen Strukturen an dieser Stelle werden lässt. Eine Vergrösserung des Durchmessers in diesem Bereich kann somit einen solchen Bruch vermeiden. Eine Verkleinerung der Dicke der faserförmigen Strukturen kann dann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise ein Kleidungsstück an einer Stelle besonders atmungsaktiv und/oder besonders flexibel ausgestaltet sein soll.

[0047] In anderen Ausführungsformen sind die faserförmigen Strukturen an den Überkreuzungen nicht stoffschlüssig verbunden.

[0048] In weiteren Ausführungsformen umfasst das textile Flächenprodukt ein Gewebe mit einem ersten und einem zweiten Fasersystem. Dabei überkreuzen sich die faserförmigen Strukturen des ersten und des zweiten Fasersystems quer, insbesondere senkrecht zueinander. Der Fachmann versteht, dass ein Fasersystem mehrere faserförmige Strukturen umfasst, welche zueinander innerhalb des Fasersystems im Wesentlichen parallel angeordnet sind. Ein solches textiles Flächenprodukt hat den Vorteil, dass es ähnlich oder gleich flexibel wie ein herkömmlich, durch Textilweben hergestelltes Gewebe ausgebildet sein kann. Ein solches Flächenprodukt kann dabei in Richtung beider Fasersysteme unflexibel, d.h. nicht dehnbar oder streckbar ausgestaltet sein und in mindestens zwei weiteren Richtungen flexibel, d.h. ausdehnbar oder streckbar ausgestaltet sein.

[0049] In weiteren Ausführungsformen enthält ein textiles Flächenprodukt mit einem ersten und einem zweiten Fasersystem, welches ein Gewebe umfasst, ein drittes Fasersystem. Die faserförmigen Strukturen sind mit den faserförmigen Strukturen des ersten und des zweiten Fasersystems überkreuzt. Typischerweise ist das dritte Fasersystem hierbei weder zum ersten noch zum zweiten Fasersystem parallel angeordnet. Es ist beispielsweise möglich, dass das dritte Fasersystem sowohl zum ersten als auch zum zweiten Fasersystem in einem Winkel von 40° bis 50°, bevorzugt im Wesentlichen 45° angeordnet ist. Ein solches textiles Flächenprodukt hat den Vorteil, dass es in drei horizontalen Richtungen, nämlich in alle drei Richtungen der jeweiligen Fasersysteme unnachgiebig, unflexibel und/oder starr ausgebildet sein kann, während es in eine weitere, vierte Richtung flexibel ausgestaltet sein kann.

[0050] In anderen Ausführungsformen umfasst das textile Flächenprodukt ein Gewebe mit einem ersten, zweiten und dritten Fasersystem wie oben beschrieben und zusätzlich ein viertes Fasersystem. Dieses ist typischerweise nicht parallel zum ersten, zweiten und/oder dritten Fasersystem angeordnet. Beispielsweise kann das vierte Fasersystem zum dritten Fasersystem quer, vorzugsweise senkrecht, angeordnet sein. Somit wird ein Gewebe erhalten, welches in alle vier Richtungen der einzelnen Fasersysteme unflexibel, d.h. starr, ausgebildet ist.

[0051] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kleidungsstück, welches ein erfindungsgemässes dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt gemäss der obenstehenden Offenbarung enthält. Insbesondere kann das Kleidungsstück aus den Bereichen der Funktionskleidung, wie Motorradbekleidung, Sportbekleidung und Brandschutzbekleidung ausgewählt sein. Typischerweise umfasst der Begriff Kleidungsstücke sowohl Oberbekleidung wie T-Shirts, Jacken, Unterbekleidung und Hosen, als auch Schuhe oder Strümpfe, insbesondere Sportschuhe.

[0052] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts gemäss der obenstehenden Offenbarung zu Herstellung eines Kleidungsstücks.

Kurze Erläuterung der Figuren

[0053] Anhand der in den nachfolgenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Beschreibung werden Aspekte der Erfindung näher erläutert. <tb>Fig. 1<SEP>zeigt einen Ausschnitt aus einem dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukt gemäss einer Ausführungsform der Erfindung; <tb>Fig. 2<SEP>zeigt eine schematische Ansicht eines dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; <tb>Fig. 3<SEP>zeigt eine schematische Ansicht eines dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; <tb>Fig.4<SEP>zeigt eine schematische Ansicht eines dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; <tb>Fig. 5<SEP>zeigt einen Ausschnitt eines dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; <tb>Fig. 6<SEP>zeigt eine Ausschnittsvergrösserung eines dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; <tb>Fig. 7a<SEP>zeigt schematisch ein additiv gefertigtes Vorprodukt im Querschnitt gemäss einer Ausführungsform der Erfindung; <tb>Fig. 7b<SEP>zeigt schematisch das dreidimensional gedruckte textiles Flächenprodukt der Fig. 1 im Querschnitt.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0054] Figur 1 zeigt ein erfindungsgemässes dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt 1, welches nach einem erfindungsgemässen Verfahren additiv gefertigt wurde. Das textile Flächenprodukt 1 erstreckt sich, wie durch das Koordinatensystem dargestellt, in der Horizontalebene der x und y Richtung. Die additive Fertigung erfolgt schichtweise in vertikaler Richtung, d.h. entlang der z-Achse im gezeigten Koordinatensystem. Das dreidimensional gedruckte textile Flächenprodukt 1 enthält faserförmige Strukturen 2a und 2b, welche durch Überkreuzungen 3 miteinander verbunden sind. In der gezeigten Ausführungsform sind die Überkreuzungen als Verwebungen ausgebildet. Die faserförmigen Strukturen 2a und 2b weisen einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Wie in den nachfolgenden Figuren gezeigt, sind die faserförmigen Strukturen relativ zueinander beweglich angeordnet.

[0055] Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts 1 gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Das textile Flächenprodukt 1 enthält faserförmige Strukturen, welche durch Verwebungen miteinander verbunden sind. Das Gewebe umfasst dabei ein erstes Fasersystem, welches sich in y-Richtung erstreckt. Wie dargestellt umfasst das erste Fasersystem mehrere parallele, sich y-Richtung erstreckende faserförmige Strukturen. Das Gewebe umfasst zudem ein zweites Fasersystem, welches sich in x-Richtung des gezeigten Koordinatensystems erstreckt. Das zweite Fasersystem weist dabei mehrere zueinander parallele faserförmige Strukturen auf, welche sich in x-Richtung erstrecken. Wie durch die Pfeile angedeutet, hat ein solches dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt 1 den Vorteil, dass es weder in x noch in y Richtung flexibel ist, jedoch jeweils in einem Winkel von 45° zur x oder y Richtung flexibel ist. Somit kann das textile Flächenprodukt 1 nicht in Richtung der durchgestrichenen Pfeile gedehnt, bzw. gestreckt werden, jedoch in Richtung der vier dargestellten diagonalen Pfeile. Dies kann beispielswese bei Kleidungsstücken von Vorteil sein, welche in bestimmte Richtungen gestreckt werden, jedoch in anderer Richtungen möglichst starr ausgebildet sein sollen um zum Beispiel eine Bewegung des Trägers zu unterstützen und damit zu erleichtern und/oder zu führen. Falls dies erwünscht ist, können bei der Herstellung eines dreidimensionalen Flächenprodukts anstelle von einigen Überkreuzungspositionen, Verbindungspunkte bestimmt werden, an welchen kein Trennschichtmaterial aufgebracht wird. Bei der anschliessenden additiven Fertigung werden diese Verbindungspunkte zu stoffschlüssigen Verbindungen der jeweiligen sich überkreuzenden faserförmigen Strukturen. Somit kann die erreichte Flexibilität an vorbestimmten Bereichen unterbrochen werden. Beispielsweise kann in dieser oder weiteren hier beschriebenen Ausführungsformen eine Flexibilitätstrennlinie vorgesehen werden, welche durch entsprechende Anordnung von Verbindungspunkten im dreidimensional Modell bei der Herstellung vorbestimmt werden.

[0056] In der Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts 1 gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das textile Flächenprodukt 1 umfasst ebenfalls ein Gewebe mit einem ersten und einem zweiten Fasersystem (siehe Fig. 2). Zusätzlich weist das dargestellte dreidimensional gedruckte textile Flächenprodukt 1 ein weiteres, drittes Fasersystem auf. Das dritte Fasersystem umfasst mehrere zueinander parallel angeordnete faserförmige Strukturen, welche zu den faserförmigen Strukturen des ersten und zweiten Fasersystems jeweils in einem Winkel von im Wesentlichen 45° angeordnet sind. Die faserförmigen Strukturen der drei Fasersysteme sind dabei jeweils durch Überkreuzungen miteinander verbunden. Wie durch die dargestellten durchgestrichenen Pfeile angedeutet, hat das dritte Fasersystem zur Folge, dass das textile Flächenprodukt 1 weder in x Richtung, noch in y Richtung flexibel ist, und zusätzlich nicht in eine weitere, zur x und y Richtung in im Wesentlichen 45° angeordneten dritten Richtung. Jedoch ist das textile Flächenprodukt 1 in eine Richtung, nämlich wie durch die zwei diagonalen Pfeile dargestellt, flexibel, beziehungsweise streck- und/oder dehnbar angeordnet. Im vorliegenden Koordinatensystem wird diese Richtung durch eine Gerade der Funktion y = -x beschrieben.

[0057] In der Figur 4 ist schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts 1 dargestellt. Das textile Flächenprodukt 1 umfasst ein Gewebe mit einem ersten, zweiten und dritten Fasersystem, wie es schon in der Figur 3 dargestellt wurde. Zusätzlich umfasst das textile Flächenprodukt noch ein viertes Fasersystem mit zueinander parallel angeordneten faserförmigen Strukturen, die 90° zum dritten Fasersystem und 45° zum ersten und zweiten Fasersystem angeordnet sind. Verglichen mit dem textilen Flächenprodukt der Figur 3 ist ein solches Flächenprodukt im Wesentlichen in alle Richtungen unflexibel ausgestaltet, da das vierte Fasersystem eine Streckung und/oder Dehnung in Richtung y = -x verhindert. Ein solches Flächenprodukt kann ebenfalls durch die Überlagerung von zwei zueinander um 45° gedreht angeordneten dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukte wie in Figur 2 gezeigt, erreicht werden.

[0058] In der Figur 5 ist ein erfindungsgemässes dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt 1 gezeigt, welches nach einem erfindungsgemässen Verfahren additiv gefertigt werden kann. Das textile Flächenprodukt 1 erstreckt sich, wie durch das Koordinatensystem dargestellt, in der Horizontalebene der x- und y-Richtung. Die additive Fertigung erfolgt schichtweise in vertikaler Richtung, d.h. entlang der z-Achse im gezeigten Koordinatensystem. Das dreidimensional gedruckte textile Flächenprodukt 1 enthält faserförmige Strukturen 2a und 2b, welche durch Überkreuzungen 3 miteinander verbunden sind. In der gezeigten Ausführungsform sind die Überkreuzungen als Verschlingungen ausgebildet, sodass das dreidimensional gedruckte textile Flächenprodukt 1 ein Gestrick, bzw. ein Gewirke, umfasst.

[0059] In der Figur 6 ist eine Fotografie eines Gestricks nach Entfernen des Trennschichtmaterials gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die faserförmigen Strukturen, insbesondere an den Überkreuzungen, nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

[0060] Die Figur 7a zeigt im Querschnitt ein additiv gefertigtes Vorprodukt 1' umfassend faserförmige Strukturen 2a und 2b, wobei an den drei gezeigten Überkreuzungspositionen der faserförmigen Strukturen 2a und 2b ein Trennschichtmaterial 4 zwischen den Strukturen angeordnet ist. Das Trennschichtmaterial 4 verhindert dabei, dass sich die faserförmigen Strukturen 2a und 2b des Vorprodukts 1' an den Überkreuzungspositionen berühren.

[0061] In der Figur 7b ist das dreidimensional gedruckte textile Flächenprodukt 1 der Figur 1 im Querschnitt entlang der y-z Ebene dargestellt. Das textile Flächenprodukt kann dabei durch Entfernen des in der Figur 7a gezeigten Trennschichtmaterials 4 vom Vorprodukt 1' hergestellt werden. Die faserförmigen Strukturen 2a und 2b des dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts 1 sind dabei relativ zueinander beweglich angeordnet und zumindest an den Überkreuzungen nicht stoffschlüssig miteinander verbunden.

Claims (18)

1. Verfahren zur additiven Fertigung eines textilen Flächenprodukts mit einer Vielzahl von faserförmigen Strukturen, umfassend die Schritte: - Erstellen eines dreidimensionalen Modells eines Vorprodukts; - Additive Fertigung des Vorprodukts gemäss dem dreidimensionalen Modell des Vorprodukts; wobei während der additiven Fertigung ein Fertigungsmaterial schichtweise aufgebracht wird und an mindestens einer vorbestimmten Überkreuzungsposition von mindestens zwei faserförmigen Strukturen ein Trennschichtmaterial aufgebracht wird, wobei das Trennschichtmaterial vom Vorprodukt entfernbar und/oder inaktivierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Trennschichtmaterial in einem nachfolgenden Schritt vom Vorprodukt entfernt wird.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei des Trennschichtmaterial während der additiven Fertigung zwischen zwei Schichten des Fertigungsmaterials aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Trennschichtmaterial ein lösliches Polymer, bevorzugt ein Photopolymer, ein Puder oder ein Gel umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Trennschichtmaterial durch Auswaschen, vorzugsweise mit einer alkalischen Lösung, vom Vorprodukt entfernt wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das textile Flächenprodukt ein Gewebe, Gewirke und/oder Gestrick umfasst.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei beim Erstellen des dreidimensionalen Modells des Vorprodukts - Verbindungspunkte des Vorprodukts festgelegt werden, wobei die Verbindungspunkte bei der nachfolgenden additiven Fertigung frei von Trennschichtmaterial bleiben; und/oder - Überkreuzungspositionen festgelegt werden, wobei die Überkreuzungspositionen bei der nachfolgenden additiven Fertigung mit Trennschichtmaterial beschichtet werden.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Trennschichtmaterial in einer Dicke von 0.01 bis 0.3 mm, bevorzugt 0.05 bis 1.5 mm, aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die additive Fertigung mit einer Schichtdicke von 0.01 bis 0.1 mm, bevorzugt 0.01 bis 0.04 mm, erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die additive Fertigung mittels selektiven Lasersintern (SLS), laserbasierter Stereolithographie (SLA), Polyjet oder Schmelzschichtung (FDM) erfolgt.

11. Dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt (1), wobei das Flächenprodukt (1) faserförmige Strukturen (2a, 2b) enthält, welche miteinander durch Überkreuzungen (3) verbunden sind und wobei die faserförmigen Strukturen (2a, 2b) relativ zueinander beweglich angeordnet sind.

12. Dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt (1) nach Anspruch 11, wobei die Überkreuzungen (3) Verknotungen, Verschlingungen, Verwebungen und/oder Verschlaufungen umfasst.

13. Dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die einzelnen faserförmigen Strukturen (2a, 2b) in sich eine variable Dicke, variablen Durchmesser, variable Höhe und/oder Breite und/oder eine variable Querschnittsform aufweisen.

14. Dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die faserförmigen Strukturen (2a, 2b) an den Überkreuzungen (3) nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

15. Dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Flächenprodukt (1) ein Gewebe mit einem ersten und einem zweiten Fasersystem umfasst, wobei sich die faserförmigen Strukturen des ersten und des zweiten Fasersystems quer überkreuzen.

16. Dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt (1) nach Anspruch 15, wobei das Gewebe ein drittes Fasersystem umfasst, wobei sich die faserförmigen Strukturen des dritten Fasersystems mit den faserförmigen Strukturen des ersten und zweiten Fasersystems überkreuzt.

17. Kleidungsstück enthalten ein dreidimensional gedrucktes textiles Flächenprodukt (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16.

18. Verwendung eines dreidimensional gedruckten textilen Flächenprodukts nach einem der Ansprüche 11 bis 16 zur Herstellung eines Kleidungsstücks.