Entwicklung von Verfahren zur rationellen Fertigung technischer Textilien durch Integration elektronikbestückter Fäden im Herstellungsprozess (IGF-AiF 17056 BR)

Aufgabenstellung

Das Forschungsprojekt "Fadenelektronik" hatte zum Ziel, Verfahren zur Herstellung textiler und textiltechnologisch verarbeitbarer Fäden, auf denen elektronische Bauelemente unterschiedlicher Polarität montiert sind, zu entwickeln. Die Verarbeitung dieser Fäden in textilen Prozessen war zu untersuchen. Die bauteilbestückten Fäden wurden mit textilen Verfahren verarbeitet und mit den eingearbeiteten elektrischen Leiterfäden zu Funktionseinheiten verknüpft.

Lösungsweg

Zunächst wurden leitfähige Fadenmaterialien und deren Eignung für die Bauteilmontage untersucht. Die Verarbeitung der leitfähigen Fadenmaterialien zu verschiedenen fadenförmigen Strukturen, z. B. Geflechte oder Bänder, ermöglicht die Realisierung verschiedener elektronischer Verschaltungen. Nach der Charakterisierung der Bauteile, deren Verschaltung auf den fadenförmigen Trägern und den Tests zu geeigneten Kontaktierungsmitteln (Lotpasten, Klebstoffe usw.), wurden die in Frage kommenden Bauteilmontagetechniken definiert.
Die ersten Versuche zur Bauteilmontage erfolgten dabei manuell mit Montagehilfsmitteln wie Lupe, Pinzetten und Lötkolben. Im Verlauf der Projektbearbeitung wurden diese Montagetechniken durch eine mechanisierte Variante ersetzt und ein Forschungsarbeitsplatz zur Bestückung leitfähiger Fäden mit Bauteilen aufgebaut. Grundlegende Untersuchungen zur Automatisierung für die spätere Anwendung in der Wirtschaft folgten. Abschließend wurden Verarbeitungsversuche der bestückten Fäden an der Webtechnik des TITV Greiz und der Partner des projektbegleitenden Ausschusses durchgeführt und erste funktionsfähige Module aufgebaut. Der Schutz der bauteilbestückten Fäden vor mechanischen Einflüssen und Wechselwirkungen mit der Umwelt wurde ebenfalls realisiert.

Anwendungen

Im Ergebnis der Arbeiten steht eine Technologie zur Verfügung, die es ermöglicht, leitfähige fadenförmige Träger zu strukturieren, Bauteile verschiedener Polarität und Bauformen funktionsgerecht auf diesen Trägern zu kontaktieren und die bauteilbestückten Fäden in textile Verarbeitungsprozesse zu integrieren (Abb. 1).

Abb. 1: Gewebe mit LED bestücktem Faden
Abb. 1: Gewebe mit LED bestücktem Faden (LED-Größe 1,6 mm)

Nachdem gerade deutsche Unternehmen in den klassischen Segmenten für textile Produkte keinen Wachstumsmarkt mehr sehen, liegt eine Chance in der Herstellung von intelligenten und funktionsbestimmten Textilien und textilen Komponenten. So besteht ein hoher Bedarf bezüglich der Verbesserung der Funktionseigenschaften und Handhabbarkeit elektronischer Textilien und deren automatisierter Herstellung. Mit den entwickelten elektronikbestückten Fäden kann nicht nur diesem Bedarf entsprochen werden, es ergeben sich auch weitere Anwendungen. Insofern profitieren kleine und mittelständische Unternehmen aus den Bereichen Technische Textilien, Elektronik und Medizintechnik aufgrund der Funktionserweiterung und grenzen sich somit deutlich von Anbietern aus Fernost ab.
Da die bauteilbestückten Fäden unter Zugrundelegung marktüblicher Maschinentechnik in Textilien integriert werden können, unterstützt dieser Faktor die Hersteller bei der Implementierung in neuartige und bestehende Produkte.
Die textilen Strukturen können als Alternative zur herkömmlichen, meist manuellen, Herstellung von Smart Textiles erprobt und ggf. bis zur Anwendung hin weiter modifiziert werden. Diesbezüglich ist eine Verringerung der Herstellungskosten und eine Verkürzung der Herstellungszeiten möglich, wobei ebenso ein Qualitätsanstieg gewährleistet wird.
Hersteller und Händler von Smart Textiles sind mit den bauteilbestückten textilen Strukturen in der Lage, hochwertige Produkte mit zusätzlichen Eigenschaften anzubieten. Hieraus resultiert eine höhere Kundenakzeptanz. Eine Steigerung des Umsatzes ist damit unmittelbar verbunden.
Auch die Textilhersteller selbst profitieren von den Ergebnissen. Da die neu entwickelten textilen Flächengebilde auf Standardmaschinen hergestellt werden können, minimieren sich die Investitionskosten auf die KMU. Vor dem Hintergrund der weiteren wirtschaftlichen Entwicklungen bedeutet dies einen wesentlichen Wettbewerbsvorteil. Die Erschließung weiterer Einsatzgebiete für textile Flächengebilde wird somit möglich.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Kay Ullrich

 
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