Revolutionising textile manufacturing - Español

Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 https://doi.org/ Moda y Textiles 10.1186/s40691023003397 REVISAR Acceso abierto Revolucionando la fabricación textil: una revisión exhaustiva de las tecnologías de impresión 3D y 4D João P. Manaia1* , Fábio Cerejo2 y João Duarte3 *Correspondencia: [email protected]; [email protected] 1 Dirección actual: Biocompuestos ecológicos, Laboratorio de desgaste, pruebas y materiales (LED&MAT), Instituto Pedro Nunes, calle Pedro Nunes, 3030 199 Coímbra, Portugal 2 Dirección actual: Abstracto Se proporcionó una descripción general exhaustiva e integradora de los desarrollos recientes en textiles 3D y 4D basados en la fabricación aditiva (AM) para identificar el estado actual del arte. A pesar de todos los avances científicos, la AM aplicada a los textiles es una técnica desafiante y todavía se encuentra en una etapa embrionaria de investigación y desarrollo tecnológico. ment (I+TD), debido principalmente a la brecha tecnológica entre los prototipos destacados y la escalabilidad en la fabricación. A pesar de su pleno potencial en una variedad de aplicaciones diferentes, como el desarrollo de fibras/ cables flameantes funcionales, la impresión 3D sobre textiles, la impresión 3D de prendas terminadas y los textiles 4D, Fabricación aditiva, Laboratorio de Desgaste, Ensayos y Materialesnecesita desarrollos futuros. (LED&MAT), Instituto Pedro Aunque la AM aplicada a los textiles permite la eficiencia de costos y recursos para la producción a pequeña escala a Nunes, calle Pedro Nunes, través de la producción localizada, acorta la cadena de suministro y la fabricación impulsada por la demanda, tanto 3030 199 Coímbra, Portugal 3 Dirección actual: Fabricación aditiva y análisis del ciclo de vida, Laboratorio de Desgaste, Pruebas y Materiales (LED&MAT), Instituto Pedro Nunes, Rua Pedro Nunes, 3030 199 Coímbra, Portugal personalizable como escalable, que abarca los costos y la sostenibilidad ambiental. También se discuten las oportunidades y límites de los textiles de impresión 3D y 4D. Finalmente, la conclusión destaca el potencial futuro de desarrollo y aplicación de la convergencia de técnicas avanzadas de diseño computacional, productos Personalización de productos, modelado matemático, simulación y modelado digital dentro de textiles multifuncionales. Palabras clave: Textiles, impresión 3D, impresión 4D, textiles 4D, modelado por deposición fundida (FDM), Sinterización selectiva por láser (SLS), Escritura directa con tinta (DIW), Fotopolímeros por inyección de material (MJ) © El(los) autor(es) 2023. Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al original autor(es) y la fuente, proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al mate rial. 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Impresión 3D sobre textiles Láser Impresión 3D y 4D Textiles: una descripción general DIW telas para impresion 3D producción, Acortar la cadena de suministro Fabricación impulsada por la demanda, tanto personalizable como escalable, Adoptar los costos y la sostenibilidad ambiental. Los textiles multifuncionales están abriendo el futuro para el diseño y la fabricación de Textiles innovadores y wearables inteligentes. con capacidad de autotransformación, cambio de forma y regulación del confort térmico. Textiles y zapatos 4D mj ultravioleta + Estímulos = Introducción La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, se define en la norma ISO/ASTM 52,900:2021 como “un proceso de unión de materiales para crear objetos a partir de datos de modelos 3D, generalmente capa tras capa, a diferencia de la fabricación sustractiva y formativa”. metodologías de fabricación” (ISO/ASTM, 2021). La estereolitografía fue la primera tecnología AM patentada (patente estadounidense 4.575.330), por Charles Wall en 1984 (Hull, 1984). Desde entonces, la AM ha experimentado un desarrollo considerable y ha ido más allá de su función original de creación de prototipos y producción a pequeña escala hacia la fabricación avanzada de componentes funcionales en sectores industriales como la aeronáutica, el automóvil, la biomedicina y los textiles (Alghamdi et al., 2021; Tian et al., 2021). al., 2022). Hoy en día, la AM es un área ineludible para la nueva revolución industrial, también llamada Industria 4.0, debido a su capacidad para abordar algunos de los desafíos más significativos de la industria en este siglo, como la fabricación en la nube, los productos de forma casi neta y su personalización (Cerejo et al., 2021). En este ámbito, las principales ventajas de la AM sobre el proceso de fabricación convencional son: (1) fexibilidad geométrica, que permite mejorar y optimizar las características funcionales y estructurales del producto, (2) modificación de las propiedades de la microestructura mediante el enfoque de metamateriales, (3) uso de menos materia prima, (4) eficiencia de costos y recursos para la producción a pequeña escala, (5) fabricación en la nube que acorta la cadena de suministro debido a una producción más localizada, con importantes beneficios de sostenibilidad (Ali et al., 2019; Cab igiosu, 2020 ; Ford & Despeisse, 2016; Kabir et al., 2020; Keefe et al., 2022; Kim et al., 2019; Praveena et al., 2022; Ruckdashel et al., 2021; Vanderploeg et al., 2017). Huang et al. (Huang et al., 2013) afirmaron que: “Se espera que la fabricación aditiva se convierta en una tecnología de fabricación clave en la sociedad sostenible del futuro”. Por otro lado, las principales desventajas de la AM son: (1) necesidades de posprocesamiento, (2) la variabilidad del proceso influye en la reproducibilidad del objeto 3D, (3) porosidad no deseada y características anisotrópicas que comprometen las propiedades mecánicas obtenidas, (4) límites de tamaño itaciones en objetos 3D para imprimir y (5) una tasa de construcción más lenta cuando se trata de personalización masiva (Cabigiosu, 2020; Chakraborty & Biswas, 2020; Faludi et al., 2015; Kim et al., 2019; Praveena et al., 2022). Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Las siete categorías de AM, según ISO/ASTM 52,900:2021 son: inyección de aglomerante, deposición de energía dirigida, extrusión de material, inyección de material, fusión de lecho de polvo, laminación de láminas y polimerización en tina (ISO/ASTM, 2021). Las cuatro clases principales de materiales utilizados en AM son resinas y coloides, llamantes/pasta, polvo y láminas sólidas (Guo y Leu, 2013). Por lo tanto, la selección de materiales depende de la tecnología AM adoptada y abarca desde termoplásticos, termoestables, hidrogeles y materiales conductores hasta cerámicas rígidas (Guo & Leu, 2013; Ligon et al., 2017). La evolución de la AM es claramente evidente en aplicaciones recientes en casi todas las industrias, como en el calzado (“Nike Flyprint is the First Performance 3D Printed Textile Upper”, 2018), la joyería (Yap & Yeong, 2014) y la industria de la moda (Zarek et al. al., 2016b), desde 2010 cuando Iris Van Herpen presentó su primer vestido impreso en 3D (Herpen, 2010) o con el bikini N12 prêtàporter completamente impreso en 3D (Lim & Fashion, 2014), impulsado por el bajo coste. y personalización de productos desde el cuerpo del usuario mediante un escaneo 3D (Spa hiu et al., 2016) y diseño de estructuras altamente complejas (Xiao & Kan, 2022). Además, se han incorporado fibras flameantes funcionales en textiles portátiles, con nuevas funcionalidades, como fibras sensoras capacitivas de tensión suave para detectar tensiones de alargamiento (Frutiger et al., 2015), recolección de energía flexible (Chen et al., 2020; Peng et al. ., 2019; Zhao et al., 2018), calentadores (Park et al., 2019), nanogeneradores piezoeléctricos y triboeléctricos (Dong et al., 2020; Park et al., 2018), supercondensadores flexibles (Anjum et al., 2018) , 2020), emisores de luz (Grimmelsmann et al., 2016), dispositivo de electroluminiscencia luminosa (Tadesse et al., 2018), materiales que cambian de color (Kan et al., 2015; Kao et al., 2016; León Cabezas et al. ., 2017), fibras de regulación del confort térmico (Chatterjee & Ghosh, 2020; Gao et al., 2017; Li et al., 2021) y sensores táctiles basados en efectos triboeléctricos (Chen et al., 2021). 4D está abriendo nuevas innovaciones y aplicaciones a través de la investigación y el desarrollo tecnológico (I+TD) de materiales textiles programables y dispositivos portátiles inteligentes con capacidad de autotransformación y cambio de forma (Khan & Hassan, 2021; Leist et al., 2017; Ras togi & Kandasubramanian, 2019). La impresión 4D combina la impresión 3D con un elemento de cambio de tiempo bajo la influencia de un estímulo externo. La impresión 4D se puede aplicar a mosaicos textiles: textiles 4D; por lo tanto, los textiles 4D son estructuras o productos textiles que pueden cambiar de forma o función con el tiempo. Se aplica un estímulo particular para activar el proceso de conmutación. A través de esta tecnología, las prendas o los zapatos (por ejemplo) pueden cambiar con el tiempo en términos de funcionalidades, forma o propiedades cuando se exponen a un estímulo específico que desencadena la respuesta (Choi et al., 2015; Momeni et al., 2017). A pesar de todos los avances científcos, la AM aplicada a los textiles se encuentra todavía en una etapa embrionaria de I+DT, debido principalmente a la brecha tecnológica entre los prototipos presentados y la escalabilidad en la fabricación (Gehrke et al., 2019). Además, la comodidad es un problema generalizado en los textiles y toda la electrónica textil debe resistir el lavado, el planchado y el estiramiento durante su ciclo de vida (Paret & Crégo, 2019). Este artículo tiene como objetivo proporcionar una revisión exhaustiva y exhaustiva de la literatura sobre impresión 3D y 4D para resaltar todo el potencial de estas técnicas basadas en textiles. El artículo explora y analiza qué investigaciones se han llevado a cabo y los productos disponibles en el mercado hasta 2022. El artículo está organizado en 5 secciones. Insecto. Se presenta la “fabricación aditiva”, las tecnologías de fabricación aditiva más comunes utilizadas para crear estructuras textiles. Página 3 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Secta. “Textiles de impresión 3D y 4D”, desarrollos y aplicaciones de textiles de impresión 3D y 4D, centrándose en cuatro temas principales: desarrollo de fibras flameantes funcionales/ Se detallan cables, impresión 3D sobre textiles, tejidos de impresión 3D y textiles 4D. Las oportunidades y límites de los textiles de impresión 3D y 4D se exploran en la Sección. “Textiles y calzado 4D”. Las observaciones finales se dan finalmente en la sección. “Conclusiones”. Fabricación aditiva Las tecnologías de fabricación aditiva más comunes utilizadas para crear textiles de impresión 3D y 4D, que incluyen el modelado por deposición fundida (FDM™), la sinterización selectiva por láser (SLS), la escritura directa con tinta (DIW) y los fotopolímeros por inyección de material (MJ), se describen en las siguientes subsecciones. , así como sus principios básicos y materiales disponibles. Las principales diferencias entre estas tecnologías están relacionadas tanto con el método de procesamiento de las capas como con los materiales utilizados en el proceso, como métodos de base sólida, en polvo y líquida (Pérez et al., 2020). Modelado por deposición fundida: FDM™ El proceso FDM™ fue desarrollado por S. Scott Crump en 1992 y patentado en 1989 (EE.UU. Patente 5.121.329) (Crump, 1992). FDM™ es un proceso de extrusión de materiales que permite construir objetos 3D capa por capa, a partir de una bobina de llama, según el modelo CAD. Dado que el término FDM™ es una marca registrada, la misma tecnología también se conoce como Fabricación de Filamento Fundido (FFF). Esta invención ha transformado y catapultado la industria aditiva de objetos poliméricos 3D. Por su sencillez y bajo coste, actualmente tiene una amplia difusión (para materiales poliméricos), tanto a nivel industrial como de usuarios finales (Cerejo et al., 2021). La primera impresión 3D FDM™ comercial de bajo costo se introdujo en 1996, con la impresora Gen isys FDM™ y la impresora 3D Actua 2100 (Wohlers & Gornet, 2016). Los parámetros de procesamiento FDM™, como las temperaturas de la boquilla y de la cama de impresión, la velocidad de impresión, el tipo de patrón de relleno de la pieza, la orientación y densidad de la pieza, el ángulo y el ancho de la trama, el ancho de los perímetros, la orientación del edificio y el espesor de la capa, tienen un impacto significativo en la calidad, las propiedades mecánicas y la estructura. precisión temporal y dimensional de los objetos impresos (Jaisingh Sheoran & Kumar, 2020; Lay et al., 2019; Singh et al., 2020a, 2020b). Una amplia gama de flamentes estándar, de ingeniería y de alto rendimiento está disponible en FDM. La policaprolactona (PCL), el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el polipropileno (PP), el policarbonato (PC), la poliamida (PA), el ácido poliláctico (PLA) y el poliestireno (PS) son los materiales de impresión 3D FDM™ más habituales (Parandoush & Lin , 2017). Los flamentes de alto rendimiento, como la polieteretercetona (PEEK), el TPU y la silicona, muestran mejores propiedades mecánicas, químicas y térmicas que los flamentes de plástico comúnmente utilizados (Sharma & Rai, 2022; Xu et al., 2021a; Zhang et al., 2020 ). Para mejorar las propiedades de los objetos impresos FDM™, se han desarrollado flamentes compuestos con fibras y/o partículas termoplásticas reforzadas (Cano Vicent et al., 2021; Chatterjee & Ghosh, 2020). Los flamentes compuestos se pueden llenar con nanopartículas conductoras eléctrica y/o térmicamente, como negro de humo (CB) (Hui Yang et al., 2017), nanotubos de carbono (CNT) (Ly & Kim, 2017), grafeno (Geim, 2009). , óxido de grafeno (GO) (Zhu et al., 2010), nitruro de boro (BN) (Joy et al., 2020) y nanocables/ nanopartículas de plata (Wei et al., 2015) con el objetivo de hacerlos multifuncionales. Página 4 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 materiales, permitiendo su uso sobre tejidos textiles. Se ha descubierto que los objetos compuestos de polímeros impresos con FDM™ presentan mejoras en las propiedades funcionales y estructurales en comparación con los objetos impresos no reforzados (Chatterjee & Ghosh, 2020). Sinterización selectiva por láser: SLS Bajo la patente estadounidense 4.863.538, Deckard (Deckard, 1986) dio a conocer “un método y aparato para producir objetos mediante sinterización selectiva”, en 1986. La impresión SLS 3D utiliza un láser que funde selectivamente el material en polvo, fusionándolos en una imagen 3D. objeto impreso. Una vez completada la capa, se baja la plataforma del edificio y se agrega una nueva capa de polvo y se funde encima de la capa anterior. Este proceso se repite hasta que el objeto esté completamente formado. La impresión 3D SLS no requiere estructuras de soporte (Guo & Leu, 2013; Kruth et al., 2003; Parandoush & Lin, 2017). Para SLS se encuentran disponibles polvos poliméricos a base de nailon, PCL, PC, PLA, tereftalato de polietileno (PET) y TPU (Kafe et al., 2021; Kumar, 2003). Escritura directa con tinta: DIW DIW fue desarrollado por primera vez por Cesarano y Calvert (Cesarano & Cavert, 2000) en Sandia National Laboratories en 1996 (patente estadounidense 6.027.326). DIW es un proceso de AM basado en extrusión, en el que las suspensiones o tintas a base de flamentes se extruyen continuamente fuera de la boquilla bajo caudales controlados mediante la fuerza de un pistón, un sistema de atornillado o presión neumática. Capa por capa, los objetos 3D se construyen mediante solidificación flameante debido a la transición reológica del estado pseudoplástico al estado dilatante o debido a la gelificación de la pasta (Chatterjee & Ghosh, 2020; Lewis, 2006; Xu et al., 2021b). En DIW, los materiales de tinta como polímeros, biopolímeros, polvos cerámicos o metálicos, hidrogeles, monómeros orgánicos o nanomateriales, mezclas compuestas deben cumplir parámetros reológicos estrictos, que incluyen su viscosidad aparente, límite elástico bajo cizallamiento y compresión y también propiedades viscoelásticas, en para lograr la geometría y las propiedades funcionales deseadas (Wan et al., 2020). DIW permite la impresión multimaterial mediante el uso de cabezales de impresión microfuídicos que permiten cambiar o mezclar diferentes materiales, como CNT, grafeno, fluoruro de polivinilideno (PVDF), nitruro de boro, nanopartículas de fosfato de hierro y litio, nanopartículas de óxido de titanio y litio, polidimetilsiloxano (PDMS). ) y partículas de politetrafluoroetileno (PTFE) para imprimir en 3D fibras flamencas eléctricas, térmicas y flexibles para tejidos textiles (Rocha et al., 2020). Fotopolímeros de inyección de material: MJ MJ es una tecnología de impresión 3D que permite construir objetos 3D capa por capa, lanzando gotas de fotopolímero o cera a través de un mecanismo térmico o piezoeléctrico, sobre una plataforma de construcción y solidificándolos con luz ultravioleta (UV). Esta tecnología permite la impresión 3D multicolor y multimaterial gracias a su cabezal de impresión con múltiples boquillas, lo que permite imprimir materiales poliméricos duros y blandos en un solo proceso, además de proporcionar alta precisión y un acabado superficial suave (Gülcan et al., 2021; Singh et al., 2020a, 2020b). Los materiales de resina fotopolímera pueden ofrecer durabilidad extrema, alta rigidez y resistencia a altas temperaturas y también pueden tener propiedades similares a las de los FDM™ más comunes. Página 5 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Impresión 3D de materiales termoplásticos, como ABS, PLA y PC (Bass et al., 2016; Singh et al., 2020a, 2020b). Textiles de impresión 3D y 4D Los desarrollos y aplicaciones recientes en textiles de impresión 3D y 4D han crecido durante la última década centrándose en cuatro temas principales: (3.1) desarrollo de fibras/cables flameantes funcionales que se pueden incrustar en o sobre telas textiles, (3.2) impresión 3D en textiles ( compuestos de polímerotextil), (3.3) telas de impresión 3D, prendas completas o estructuras individuales que podrían ensamblarse para crear una tela flexible y (3.4) textiles y zapatos 4D, como estructuras textiles híbridas que pueden cambiar de forma y función con el tiempo cuando se activan por un estímulo externo como temperatura, luz u otros estímulos ambientales (Chatterjee & Ghosh, 2020). Desarrollo de fibras/alambres flameantes funcionales. Se han desarrollado fibras flamencas funcionales para la impresión 3D mediante la adición de materiales eléctricos conductores con el fin de integrarlas en tejidos textiles para sensores portátiles y estirables (Gregory et al., 1989; Palanisamy et al., 2018; Tseghai et al., 2020 ), como una batería portátil de pulsera de litio y azufre (impresión 3D basada en DIW y FDM™) hasta dispositivos electrónicos de suministro y almacenamiento de energía (Chen et al., 2020) o sensores capacitivos de impresión de tensión suave basados en fibra de carcasa multinúcleo, que consisten en capas concéntricas de fluido iónicamente conductor alternado y elastómero de silicona dieléctrico/ encapsulante en forma de fibra flameante. Dado que tiene forma de fibra, estos sensores se pueden coser o tejer fácilmente en textiles (Frutiger et al., 2015). Los investigadores están combinando la electricidad, la conductividad y la elasticidad de las fibras poliméricas funcionales, así como la eficiencia para la integración en textiles tejidos y de punto (Seyedin et al., 2020). Park et al. han tejido fibras de nanogeneradores triboeléctricos estirables y flexibles en textiles para su autoalimentación. (Parque et al., 2018). Los autores argumentaron que las fibras pueden fabricarse a gran escala y utilizarse en textiles. Wang y cols. (Wang et al., 2017) desarrollaron una batería de iones de litio totalmente de fibra de alta flexibilidad, resistencia y estabilidad electromecánica combinando tintas poliméricas para DIW. Se desarrollaron tintas que contienen CNT como conductores, PVDF como aglutinante y nanopartículas de fosfato de hierro y litio para cátodos de fibra o nanopartículas de óxido de titanio y litio para ánodos de fibra. Ambos electrodos de fibra se recubrieron con un polímero en gel (capa aislante), se retorcieron y se unieron para formar un electrolito casi sólido. Chen et al. imprimieron DIW fibras elásticas estirables con un núcleo conductor y una funda aislante. (Chen et al., 2021). El núcleo conductor está compuesto por PDMS y partículas de grafeno, mientras que el aislante/funda triboeléctrica está compuesto por partículas de PDMS y PTFE. La fibra núcleofunda puede realizar la función de un sensor táctil a través de efectos triboeléctricos y tolerar tensiones de tracción superiores al 300%. Además de las fibras eléctricas conductoras, se están investigando las fibras que regulan el confort térmico (Gao et al., 2017) y las fibras termoeléctricas flexibles (Peng et al., 2019; Zhao et al., 2018). Pen et al. realizaron fibras termoeléctricas flexibles continuas. (Peng et al., 2019), a través de tintas compuestas impresas DIW de microgranos de telururo de bismuto y polímero no conductor como aglutinante, seguido de compresión con pares de rodillos. La recolección de energía de baja potencia se demostró en textiles electrónicos portátiles. Zhao y cols. (Zhao Página 6 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Página 7 de 28 et al., 2018) realizaron experimentos con una forma de fibra híbrida, flexible y portátil, impresa en 3D, integrada con un supercondensador asimétrico y un sensor de temperatura, que proporciona almacenamiento de energía y monitoreo de temperatura en un rango de entre 30 y 80 °C, con una sensibilidad de 1,95. %°C1. Gao et al. han explorado los textiles térmicos basados en fibras compuestas de nitruro de boro y alcohol polivinílico térmicamente conductores. (Gao et al., 2017). Estas fibras que se imprimieron con DIW exhibieron excelentes propiedades mecánicas (355 MPa, resistencia mecánica) y térmicas (aumento del 55% en el efecto de enfriamiento en comparación con la tela de algodón comercial) y se usaron en tejidos y tejidos de punto. LeónCabezas et al. (LeónCabezas et al., 2017) mezclaron PLA, ABS y TPU con diferentes aditivos para proporcionar propiedades funcionales, como cambio de color (cambio termo/fotocrómico), luminiscencia, conductividad y antimicrobiano para la impresión 3D FDM™. Un ejemplo de fibras/cables flameantes funcionales disponibles en el mercado es el Chro Morphous. ChroMorphous es un textil que cambia de color y es controlado por el usuario a través de microcables que se introducen en el tejido textil. Los colores y patrones de la tela se controlan mediante electricidad y una aplicación de teléfono inteligente. Los cables que cambian físicamente de color se deben a una mezcla de ingeniería de pigmentos sensibles a la temperatura, cables de microcobre, corriente eléctrica para generar calor y un chip de computadora. El cambio de temperatura del alambre hace que el pigmento incrustado cambie de color. Aplicaciones: moda, textiles para el hogar, automóviles, oficinas y defensa (“ChroMorphous—A New Fabric Experience”, 2022). Impresión 3D sobre textiles (tejido no preestirado, por lo tanto no 4D) La impresión directa sobre sustratos textiles se ha utilizado para obtener estructuras compuestas diferentes y funcionales (Dopke y Nils Grimmelsmann, 2017; Pei et al., 2015; Spahiu et al., 2017). Rivera et al. (Rivera et al., 2017) han demostrado una variedad de técnicas para incrustar textiles en objetos funcionales y flexibles impresos en 3D FDM™, abriendo un nuevo espacio de diseño para la comunidad de impresión 3D. Parámetros de procesamiento de impresión 3D, como las temperaturas de la boquilla y de la cama de impresión (EutionnatDifo et al., 2020; Grimmelsmann et al., 2018; Hashemi Sanatgar et al., 2017; Spahiu et al., 2018), la distancia entre la boquilla y la cama de impresión (al disminuir la distancia entre ambas aumentan las fuerzas adhesivas) (Grimmelsmann et al., 2018; Spahiu et al., 2018), la velocidad de impresión (Hashemi Sanatgar et al., 2017; Kozior et al., 2020) y la orientación del relleno. capas (Kozior et al., 2018), características del tejido textil (espesor, material, estructura y densidad del tejido) (EutionnatDifo et al., 2020; Korger et al., 2016; Pei et al., 2015) red textil ( Las telas tipo red aumentan la adhesión entre ambos materiales, ya que las aberturas de malla grandes proporcionan una mejor humectación e impregnación entre el polímero fundido y los hilos/fibras) (Sabantina et al., 2015) y propiedades del polímero flameante (Kozior et al., 2018; Pei et al., 2015) influyen en la adhesión entre el polímero y el tejido textil. Aunque se han informado algunos inconvenientes, como la precisión dimensional, la contracción no uniforme, la generación de huecos que provoca que las capas se despeguen después de la impresión y una velocidad de construcción más lenta (Biswas et al., 2021; Hajare & Gajbhiye, 2022), se han realizado investigaciones experimentales destinadas a aumentar la adhesión de los tejidos textiles mediante tratamientos mecánicos, térmicos (planchado y secado en estufa) (Kozior et al., 2018; Mori et al., 2014), físicos (tratamientos con plasma a baja presión) y químicos (lavado, acetona y desencolado) (Gorlachova & Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Mahltig, 2021; Korger et al., 2016; Kozior et al., 2018) o mediante recubrimientos poliméricos (recubrimientos de ABS, PLA, poli(metacrilato de metilo) (PMMA)) (Meyer et al., 2019; Unger et al., 2018). Korger et al. (Korger et al., 2016) observaron que cuanto mayor es la unión por adhesión, más hidrófilo es un tejido textil. Los pretratamientos hidrófilos promovieron las conexiones de forma segura del polímero con el tejido textil. Los resultados anteriores están de acuerdo con el trabajo de Kozior et al. (Kozior et al., 2018) y Gorlachova et al. (Gor lachova & Mahltig, 2021), este último también informó que cuanto menos hidrófobo es un polímero, mayor es la adherencia sobre un tejido hidrófilo. La adherencia es crítica para las propiedades estructurales del material resultante y depende en gran medida de la combinación de textil y polímero. Para cuantificar la adhesión de objetos impresos en 3D a un tejido textil, Malengier et al. (Malengier et al., 2018) propusieron tres métodos de prueba (prueba de tracción perpendicular, prueba de corte y prueba de pelado), que ayudaron a estandarizar y comparar su investigación. Sanatgar et al. (Hashemi Sanatgar et al., 2017) han investigado la optimización de la adhesión entre polímeros y nanocompuestos en tejidos textiles. La fuerza de adhesión se cuantificó según ISO 11339:2010. Las pruebas de adherencia fueron realizadas por Korger et al. (Korger et al., 2016), según lo especifcado en la norma DIN 53.530, para evaluar los valores medios de resistencia máxima. En otro trabajo de investigación, Korger et al. (Michael Korger et al., 2020) evaluaron la resistencia a la abrasión y al lavado de FDM™ Imprimieron en 3D diferentes elastómeros termoplásticos (TPE), como TPU y estireno termoplástico (TPS), en diferentes tejidos de punto y tejidos de algodón, poliéster o aramida. Los TPU mostraron una mejor adhesión debido a sus altas interacciones polares con los tejidos, alta durabilidad contra la abrasión y solidez al lavado, mientras que los TPS dieron como resultado objetos impresos en 3D con buena calidad, comodidad y flexibilidad. La resistencia al desgaste del PLA impreso en 3D FDM™ sobre tejidos de tereftalato de polietileno (PET) realizada según ASTM D4966 12 fue estudiado por EutionnatDifo et al. (EutionnatDifo et al., 2020). Ellos informaron que Fig. 1 Fuente: GRDXKN© (“Impresión de estructuras con tecnología de impresión 4D GRDXKN: soluciones textiles funcionales”, 2022) Página 8 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Los parámetros de procesamiento 3D, como la temperatura de la base y la estructura del tejido textil, definida por su densidad de trama, patrón de tejido, coeficiente de rugosidad, dirección del tejido y composición del hilo, tuvieron un impacto significativo en las propiedades de adhesión, deformación, abrasión y tracción de las prendas impresas en 3D. PLA sobre tejidos PET. Un producto patentado basado en la impresión 3D sobre textiles es el GRDXKN (Fig. 1). GRDXKN proporciona durabilidad, flexibilidad, absorción de impactos, bajo peso, lavabilidad, protección contra el enfriamiento y resistencia a la abrasión. Se fabrica imprimiendo una capa de poliuretano sobre una base de tela, que reacciona con el calor y se convierte en espuma. La tecnología está disponible en múltiples opciones de color y no genera desperdicios de producción (“GRDXKN 4D Printing Technology Structure Print—Functional Textile Solutions”, 2022). telas para impresion 3D Se han realizado intentos para desarrollar estructuras similares a textiles, como estructuras tejidas o de punto (Beecroft, 2016; Partsch et al., 2015; Valtas & Sun, 2016). Melnikova et al. (Melnikova et al., 2014) combinaron el enfoque tradicional de estructuras textiles con tecnologías de impresión 3D, SLS y FDM™, para imprimir estructuras de punto de trama. Se informó que SLS con polvo de nailon proporcionaba una falta de fexibilidad estructural, mientras que FDM™ con PLA blando mejoraba la fexibilidad, aunque exhibía un acabado superficial de menor calidad. Siguiendo la investigación posterior, Beecroft (Beecroft, 2019) evaluó el rendimiento del material de las estructuras entrelazadas y de trama impresas en 3D de nailon SLS (PA12). Las estructuras exhibieron una elasticidad y extensibilidad similares a las de los tejidos de trama, así como las propiedades mecánicas del nailon. Takahashi y Kim desarrollaron estructuras delgadas similares a tejidos impresas en 3D que consisten en urdimbre y trama (Takahashi y Kim, 2019). Controlando el movimiento de un FDM™ En el cabezal de la impresora, el flament de PLA se entrelaza a través de las estructuras de urdimbre. Se pueden diseñar diferentes patrones, a través del control de la densidad de las estructuras de urdimbre y el tejido/ entrelazando patrones, lo que permite a los usuarios crear sus propios diseños de telas flexibles a partir de PLA rígido. Además, se pueden emplear materiales conductores o incluso más flexibles que el PLA. Forman et al. (Forman et al., 2020) introdujeron DefeXtiles, un tejido cuasi tejido fino, flexible y transpirable impreso en 3D FDM™. Se extruyen geometrías textiles complejas perpendicularmente a la cama, lo que da como resultado estructuras con un espacio periódico entre capas (pequeños globos estirados a lo largo de la dirección de impresión) y una aparente trama de urdimbre. Algunas aplicaciones exploradas fueron el diseño de prendas, objetos interactivos, patrones estéticos y actuadores. Las estructuras de cota de malla consisten en micro o mesoestructuras impresas en 3D interconectadas para crear formas complejas y plegables compuestas por miles de módulos articulados, que se comportan como un tejido continuo (Gurcum et al., 2018). Los patrones de cota de malla se han utilizado en tejidos textiles para la producción de prendas de vestir, como la prenda Modeclix (Bloomfeld & Bor strock, 2018), el vestido Voltage y el vestido venus (Koerner, 2017), ambos fueron impresos con un material flexible llamado TPU 92 con la tecnología SLS. . Francis Bitonti, en colaboración con Michael Schmidt y la fábrica Shapeways, ha creado una prenda impresa en 3D a medida para Dita von Teese, totalmente flexible y similar a una cota de malla. Fabricada con SLS, la prenda consta de 17 piezas y presenta alrededor de 3000 componentes móviles articulados únicos, cuya impresión tardó más de 400 horas. La prenda estuvo presente en la Semana de la Moda de Nueva York en el otoño de 2013 (Grain & Unver, 2016). El proyecto Te Nervous System, cofundado por Rosenkrantz y LouisRosenberg (Rosenkrantz & Louis Rosenberg, 2017), toma una Página 9 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Nuevo enfoque para estructuras de cota de malla mediante impresión 3D. A diferencia de la tela tradicional, la teja textil desarrollada se compone de miles de componentes únicos entrelazados para crear una estructura dinámica, lo suficientemente fluida como para usarse cómodamente en el cuerpo. El textil impreso en 3D no es uniforme; varía en rigidez, caída, flexibilidad y patrón. Además, la prenda completa se puede personalizar desde el cuerpo del usuario mediante un escaneo 3D. Wang y cols. (Wang et al., 2021) diseñaron una cota de malla de nailon impresa en 3D SLS, que puede cambiar del estado blando al estado rígido cuando se envasa al vacío, volviéndose más de 25 veces más rígida. La cota de malla se compone de una serie de octaedros entrelazados. En estado blando, la cota de malla puede doblarse, doblarse y cubrirse libremente sobre objetos curvos. Exoesqueletos portátiles, chalecos antibalas y soportes médicos reconfigurables son algunas de las aplicaciones sugeridas. Algunos esfuerzos de investigación se han centrado en estructuras geométricas. Mediante el uso de la impresión 3D FDM™ y la exploración de diferentes estructuras y materiales geométricos (PLA blando, nailon, TPU: Filafex y Ninja fex), Spahiu et al. (Spahiu et al., 2020) diseñaron un vestido totalmente impreso en 3D. Para el modelo final impreso en 3D se seleccionaron tanto la estructura con forma de punta de flecha como el flament Filafex. Polymaker y Covestro desarrollaron conjuntamente una tecnología de procesamiento para mejorar la producción en masa de tejidos portátiles impresos en 3D combinando tres elementos: una impresora 3D especializada en materiales flexibles y un software de diseño para el desarrollo de tejidos. El software de diseño permite a los usuarios crear patrones geométricos, patrones muaré, efectos de gradientes de densidad, cambios de forma y texturas orgánicas. También se desarrollaron materiales flexibles basados en TPU (Davies, 2022). Julia Koerner (Koerner, 2019, 2017) ha explorado las estructuras biónicas y la tecnología de impresión 3D en la chaqueta SETAE y la colección ARID. La chaqueta SETAE con impresión 3D está inspirada tanto en la microestructura como en los coloridos patrones de las alas de mariposa de la puesta del sol de Madagascar. Los patrones de setas de las alas se digitalizaron mediante un algoritmo que tradujo los píxeles de color en patrones de cerdas en 3D. También inspirada en las formaciones cristalinas del Mar Muerto, la colección ARID está compuesta por 38 objetos impresos en 3D, que pueden ensamblarse en un vestido completo o reconfigurarse en diferentes combinaciones. La prenda se compone de una chaqueta, una falda, un corsé y una serie de complementos. En la Tabla 1 se reportan las prendas de impresión 3D disponibles en el mercado o prendas que fueron creados para una exposición de moda. Textiles y zapatos 4D. Skylar Tibbits introdujo el concepto de impresión 4D en 2013 (Campbell et al., 2014). 4D está abriendo innovaciones y aplicaciones a través de la I+D de materiales textiles programables y dispositivos portátiles inteligentes con capacidad de autotransformación y cambio de forma (Khan & Hassan, 2021; Leist et al., 2017; Rastogi & Kandasubramanian, 2019). Según Pein (Pei, 2014), la impresión 4D se define como: “el proceso de construcción de un objeto físico mediante la fabricación de capas aditivas de compuestos sensibles a estímulos o sistemas multimateriales, que tienen la capacidad de cambiar la forma/configuración, propiedades o funcionalidad, cuando es desencadenada por un estímulo externo o mediante intervención humana en un dominio de tiempo particular”. La impresión 4D se basa predominantemente en el proceso de fabricación aditiva y también se conoce como materiales programables o materiales inteligentes que dependen de estímulos tiempomaterial y correlaciones estructurafunción (Ali et al., 2019; Fu et al., 2022; Khare et al. al., 2017), así como modelado y simulación matemáticos (Pei & Loh, 2018; Zafar & Zhao, 2020). Página 10 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Página 11 de 28 Tabla 1 Se muestran las tecnologías, materiales y características/aplicaciones de AM con respecto a los tejidos de impresión 3D. Árbitro SOY Investigación de materiales/Características/Aplicaciones Tecnología (Koerner, 2017) SLS TPU 92 Nombre de marca: vestido venus (Fig.2) Figura 2 Vestido Venus. Créditos: Vestido Venus, Julia Koerner 2017. Foto Fotografía: Tom Oldham Estado de desarrollo: exposición de moda, 2013. Características: vestido impreso en 3D usable completado Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Página 12 de 28 Tabla 1 (continuación) Árbitro SOY Investigación de materiales/Características/Aplicaciones Tecnología (Rosenkrantz & LouisRosen SLS Nailon Nombre de marca: vestido cinemático y vestido de pétalos cinemáticos: sistema nervioso rígido (Fig. 3) Berg, 2017) Figura 3 Sistema nervioso Estado de desarrollo: exposición de moda. Características: se combinan técnicas de geometría computacional con física de cuerpos rígidos y fabricación digital para crear productos personalizados. Las estructuras de bisagras impresas en 3D se interconectan para crear formas complejas y plegables compuestas por miles de módulos articulados, que se comportan como un tejido continuo. El proceso de confección del vestido fue: (1) cliente de escaneo 3D, (2) boceto del vestido, (3) teselado, (4) generar estructura cinemática, (5) simular drapeado, (6) comprimir en una forma más pequeña para la fabricación mediante impresión 3D. . Sale de la impresora 3D completamente ensamblada. Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Página 13 de 28 Tabla 1 (continuación) Árbitro SOY Investigación de materiales/Características/Aplicaciones Tecnología (Bloomfeld y SLS Poliam Nombre comercial: modeclix (Fig.4) idea (PA12) Borstrock, 2018) Figura 4 Modeclix. Créditos: Mark Bloomfeld, Universidad Shaun Borstrock Ciudad de Hertfordshire Estado de desarrollo: En el mercado Características: Personalización de tejidos con impresión 3D mediante un sistema estructurado de eslabones fabricados aditivamente. El sistema permite la intercambiabilidad de eslabones para quitar o agregar eslabones para ajustar el tamaño y la forma, reparar o remodelar el diseño de la prenda. Modeclix aborda los principios de la economía circular: fabricado y escalado bajo demanda, fabricación localizada, permite reparar, reutilizar y remodelar en diferentes diseños. (Julia Koerner, 2019) mj Doblar Marca: Chaqueta SETAE (Fig. 5) ible VERO multimaterial Figura 5 Chaqueta SETAE. Créditos: Chaqueta Setae para la colección Chromorpho tion Stratays, Julia Koerner 2019. Fotografía: Ger Ger Estado de desarrollo: moda: colección Chro Morpho Características: se exploran tanto las estructuras biónicas como la impresión 3D multicolor. La chaqueta está compuesta por miles de estructuras multicolores en forma de cerdas que se mueven con el movimiento del usuario. Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Página 14 de 28 Tabla 1 (continuación) Árbitro SOY Investigación de materiales/Características/Aplicaciones Tecnología (“Danit Peleg”, 2022) FDM™ TPU— Nombre de la marca: Danit Peleg FilaFlex (marca de flexibles Fla 3D mento) Estado de desarrollo: “La primera colección de moda impresa en 3D en casa” Características: Los diseños de moda impresos en 3D de Danit Peleg se basan en tres enfoques: imprimir con un patrón conocido, imprimir textiles para adornar e imprimir objetos que se pueden unir entre sí. Los textiles con forma de encaje se basan en la flexibilidad de Flafex y en materiales celulares mesoestructurados diseñados por Andreas Bastian. Además, Peleg utiliza patrones auxéticos en algunas de sus prendas. Tanto los textiles tipo encaje como los patrones auxéticos pueden adaptarse al cuerpo y tener un comportamiento más parecido al de un tejido. Ventas en línea: la chaqueta bomber impresa en 3D lista para usar está disponible para comprar en línea. La impresión tarda unas 100 h y se personaliza. Puede hacerlo a través de las opciones del sitio web seleccionando tela de impresión 3D, forrando tela, escribiendo palabras, eligiendo el tamaño y teniendo una sesión de ajuste virtual. (Lim et al., 2014) SLS Nylon 12 Marca: N12 Bikini Estado de desarrollo: en el mercado. Características: N12 Bikini está impreso en 3D listo para usar, es flexible y todos los cierres están incluidos. Por lo tanto, 4D combina la impresión 3D con un elemento de cambio de tiempo bajo la influencia de un estímulo externo (Choi et al., 2015; Momeni et al., 2017) como la temperatura (Ly & Kim, 2017; Pandini et al., 2020; Zarek et al., 2016a, 2016b), presión (Ramuz et al., 2012), humedad (fibra Ventcool) (Dang & Zhao, 2021), estrés (Gall et al., 2004), luz (Boyle et al., 2017 ; Lendlein et al., 2005; Roppolo et al., 2017), magnético (Ze et al., 2020; Zhang et al., 2021), eléctrico (Liu et al., 2009), pH (Han et al., 2012; Nadgorny et al., 2016) o compuesto químico (Berg et al., 2014). Algunos ejemplos de materiales inteligentes 4D son los polímeros con memoria de forma (SMP) (Alshe bly et al., 2021; Leng et al., 2011; Pyo et al., 2018), metamateriales (Bodaghi et al., 2017a, 2017b; Fan et al., 2021; Lei et al., 2019; Ryan et al., 2020) y laminados híbridos (Stapleton et al., 2019). Los SMP, como la policaprolactona (PCL), el politetrafluoroetileno (PFTE), el cloruro de polivinilo (PVC) y el etilenoacetato de vinilo (EVA), son ejemplos de materiales que pueden sufrir remodelación y recuperar su forma original tras la aplicación de un estímulo externo (Suriano et al. al., 2019; Yu et al., 2015). Las SMP están atrayendo la atención de los investigadores debido a su bajo costo, menor densidad, gran deformación recuperable y las oportunidades para desarrollar tecnologías de impresión 4D basadas en impresión 3D y materiales funcionales de impresión 3D (Biswas et al., 2021; Subeshan et al., 2021). Las principales áreas de investigación actualmente en foco en relación con los textiles 4D son los materiales inteligentes (Shin et al., 2017), el diseño/desarrollo de equipos (Zhang et al., 2019) y el modelado matemático (Chung et al., 2017). A continuación se muestran algunos trabajos de investigación basados en la tecnología textil 4D, tanto SMP sensibles a estímulos (1) materiales termosensibles como (2) fotorresponsivos, (3) metamateriales y (4) materiales laminados híbridos. (1) Leist et al. exploraron las propiedades de memoria de forma termosensible del PLA (SMPLA) impreso por FDM™ sobre un tejido de nailon. (Leist et al., 2017). Los mosaicos textiles inteligentes se programaron con éxito para darles una forma temporal a través de la aplicación Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 de temperatura (70 °C). Por lo tanto, la temperatura permitió que los textiles inteligentes se plegaran desde 2D (forma inicial) a 3D (forma deformada y fija) y se desplegaran hasta su forma inicial (2D). El poliuretano termoplástico con memoria de forma (SMPU) se extruyó como fibras y se hiló con una variedad de hilos naturales y sintéticos para producir una variedad de hilos nuevos (hilos SMPU). Los textiles tejidos de ingeniería se fabricaron con hilos SMPU. Estos diseños textiles tejidos inteligentes para aplicaciones de interiores fueron capaces de cambiar de forma entre una estructura tejida abierta y cerrada (filtro de luz solar) bajo la influencia de la temperatura (Chan Vili, 2007). (2) Yan et al. exploraron materiales fotosensibles basados en SMPU y negro de carbón fototérmico (CB). (Yang et al., 2017) para la impresión 3D de objetos con memoria de forma fotográfica desde una impresora FDM™. De manera similar, Ly y Kim (Ly & Kim, 2017) investigaron las propiedades de SMPU y sus compuestos de CNT para desarrollar productos textiles y portátiles inteligentes. (3) Los metamateriales son materiales diseñados cuyas propiedades se adaptan manipulando su estructura física interna en lugar de su composición química. Los metamateriales se basan en patrones periódicos de “metacélulas” diseñadas geométricamente. Las propiedades materiales en sí mismas no responden a un estímulo externo. Existe una tendencia a utilizar la tecnología de impresión 3D para desarrollar metamateriales (Braszkie wicz, 2021; Manen et al., 2021; Yu et al., 2018). Metamateriales con funcionalidades avanzadas, como mecanismo multiestable (Haghpanah et al., 2016; Ren et al., 2021; Tao et al., 2020; Yang & Ma, 2019), transformación de fase (Chen & Jin, 2018; Khaje htourian & Kochmann, 2020; Yang et al., 2016), estructuras auxéticas (auxéticas se refiere a materiales sólidos con índice de Poisson negativo) (Braszkiewicz, 2021; Lei et al., 2019; Pan dini et al., 2020; Ren et al., 2018), reconfiguraciones de forma (Yang & Ma, 2020) y amortiguadores de energía de impactos (Chen et al., 2014; Ha et al., 2018; Hamzehei et al., 2022; Yu et al., 2019 ) han sido explotados con novedosas estructuras diseñadas en 2D y 3D. El proceso optimizado se puede obtener mediante parametrización geométrica (tamaño de celda, orientación de celda, espesor de puntal, etc.), modelado de elementos finitos (FEM) y pruebas físicas (Wallbanks et al., 2022; Yang & Ma, 2019; Zheng et al. , 2021). Bodaghi et al. estudiaron metamateriales con funcionalidad basada en el rendimiento impresos por FDM™. (Bodaghi et al., 2017a, 2017b). La memoria de forma impresa en 3D a base de poliuretano mostró cambios de forma mediante autoplegado (1D a 2D) y autoenrollamiento (2D a 3D) con un uso potencial en aplicaciones mecánicas o biomédicas. (4) Los laminados híbridos que consisten en patrones impresos en 3D unidos o impresos directamente sobre telas preestiradas son ejemplos de textiles 4D (Han et al., 2020; Kycia, 2019; Schmelzeisen et al., 2017). A través de simulaciones paramétricas se analizan y optimizan patrones de impresión 3D (Christie, 2017; Stapleton et al., 2019). Cuando se libera la tensión previa, la forma plana se convierte en una geometría 3D debido a las fuerzas de equilibrio entre la forma restauradora del tejido y la rigidez elástica opuesta de la estructura del patrón (Agkathidis et al., 2019; Berdos et al., 2020; Koch et al., 2021; Kycia y Guiducci, 2020). Algunos estudios de diseño e investigadores han estado explorando y diseñando laminados híbridos tridimensionales mediante la tecnología FDM™, como el estudio de diseño Shapemode con el proyecto SIKKA (combinación de textiles flexibles y FDM™). Tecnología de impresión 3D) (“Delta WASP 3MT experimenta el tejido impreso en 3D”, Página 15 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 2020) y Schmelzeisen et al. (Schmelzeisen et al., 2017), que redefinieron el concepto de laminado híbrido al introducir el elemento de cambio de tiempo. Por lo tanto, al combinar telas preestiradas, impresión 3D FDM™ y el elemento de cambio de tiempo, las estructuras 3D podrían tener múltiples formas de cambio en respuesta a la temperatura, como estímulos externos. “Membranas activas” basadas en laminados híbridos compuestos por FDM™ Agkathidis et al. diseñaron un patrón impreso en 3D de fibras de TPU 95 y PP unidas a telas preestiradas. (Agkathidis et al., 2019). Mediante una simulación paramétrica, la impresión 3D del patrón de fibra (material de gofrado), el preestirado del textil, la laminación del patrón en relieve sobre un tejido preestirado y la liberación del laminado preestirado, la forma plana se convierte en una Geometría 3D. Se destacan las siguientes ventajas: flexibilidad, bajo peso y adaptabilidad. A raíz de la investigación anterior, Berdos et al desarrollaron un algoritmo. (Berdos et al., 2020), con el fin de predecir el patrón geométrico y el comportamiento resultante del material compuesto formado por un tejido preestirado y un material semielástico en su estado de dimensión 3D. En la Tabla 2 se muestran algunos prototipos basados en textiles y zapatos 4D. Oportunidades y límites de los textiles de impresión 3D y 4D AM (3D y 4D) es una tecnología disruptiva que está cambiando los procesos de fabricación hacia una fábrica digital y global, promoviendo una producción más localizada, permitiendo la personalización del producto y la producción bajo demanda de pequeños lotes (Ahmed et al., 2021 ; Sitotaw et al., 2020). Por ejemplo, en la moda, la impresión 3D se utiliza habitualmente y en la Tabla 1 se muestran algunos ejemplos. La impresión directa sobre tejidos de punto y tejidos de algodón, poliéster o aramida, materiales como ABS, PLA, TPU y Nylon, se han utilizado para obtener estructuras compuestas diferentes y funcionales (Dopke & Nils Grimmelsmann, 2017; Pei et al. , 2015 ; Spahiu et al., 2017). En el ámbito deportivo, se está poniendo en producción la entresuela de las zapatillas para correr con impresión 3D de Adidas, adaptada al pie del atleta mediante la combinación de datos, AM y materiales de origen biológico. La tecnología de impresión 3D permitió la producción de estructuras ligeras complejas que optimizan la absorción de impactos y el confort (Yosra, 2022). Además, los textiles impresos en 3D de Nike para la parte superior de los zapatos, fabricados mediante modelado de depósito sólido (SDM) con flament de poliuretano termoplástico (TPU), se están utilizando a través de datos de atletas traducidos a nuevas geometrías textiles. El tejido resultante es una capa de alambre, flexible, más ligera y transpirable, que permite que el agua se drene de manera eficiente (“Nike Flyprint es la parte superior textil impresa en 3D de primer rendimiento”, 2018) . Se espera que el mercado de la impresión 4D crezca a una tasa anual compuesta (CAGR) del 42,1% entre 2021 y 2027, en la que se prevé que los textiles 4D contribuyan al mercado general con una participación del 20%. Se espera que las principales aplicaciones de uso final de la tecnología de impresión 4D aumenten en el ámbito militar, de defensa, aeroespacial y sanitario. Sin embargo, una vez que la tecnología esté disponible para la producción en masa, podrá satisfacer las demandas de otras industrias, incluidas las textiles, las prendas de vestir y el calzado (“Mercado global de impresión 4D: pronóstico global 2017 a 2027”, 2021) . Se prevé que la Industria 5.0 (impulsada por el valor) impulse el surgimiento de la impresión 4D a través de un enfoque inteligente del proceso de diseño en lugar de uno impulsado por la tecnología (Industria 4.0) (Xu et al., 2021c) . La Industria 4.0 está asociada a la inteligencia Página 16 de 28 ,ih)a6r1a0F2( .ortibrÁ /s/ans,cóseiita sn cse ía o ígrlo sg ia e oce ditla tra o cla seica ltn ezbtxi:M a rlcD ve a pam e nA T 2cyti 4 e a d nóitseeJryplD omP 3I aígoloncM eA T )EMA( nóicae aliA roa+m m AneL re oo m P d cf selairetaM :sa /ncoósistis:a nce a ,oo síe a vrn o d tlga lo d se ig za o .p e to aa m o e n a d cta s irtid e slcth d tio re u a visn cm o ré su a ld g A n a n e p s u ra :m nih te a o v g s ré p .e re M o ts m u rg vD tc a e rsn a u e tc á irre m M o n tm ia C B E P S rF 6 b L q o d a u p e 3 srtIfil c y :lae icarrbid ecm .a m igrra oie o iF )M aC N d 6 c(l /sa /nscóe itisncío are igctia ctsa ceirlvapnC AI Machine Translated by Google )nóicauna itn lboacT 2( ndóraicaiswos™ pd)m a0 uMc2 oD ,i0 G .stlF C e a 2 í(f .ortibrÁ )socsineátncen a mo nop iurm tqco á ecM le( )setnoednaodprm oBo+c aígoloncMeA T odije:oTc+ia tU sráP clyT el :otneelybm xixnaeolliF rt selairetaM :sacs.isa e stsed rane a íolsa ra ósostze ue s:o rn a cio d se a sim ta o t.td u rcso a ln te ase n loa h d ieu o a d iu sa le d m ro m clticra tb sricle p n ré tn g xsD a e )rn asxrm e o lr2 1m u o e ia íH C S esyc(tfli 3 d b a u p Manaia et al. Moda y Textiles :oolltopa oreb d race an su tseorE pc d ,dr,a.m ka:iosla w C tohcsactaesdiirdrla yuebéoa g loba A errM iG C A F 7 d p kileC:ra cbicm r.rb gaoa ieF )m N F d( 7 /sa /nscóe itisncío areigctia ctsa ceirlvapnC AI Machine Translated by Google (2023) 10:20 Página 18 de 28 llagith)8c1a,0.Ntl2 e( a n,ah™ rtea )5 bM p1 uoD 0 G lC F 2 y( .ortibrÁ )nóicauna itn lboacT 2( ™MDF aígoloncM eA T UP— T :odaale cra lo iT taofn dici+ cre s aie atrstp n e ia á toe o a s fm ilN p d e c selairetaM se.lsb:asad om aa d scnsrm e a o isa oo tn,:.sd zta e o irfn a tó ro csu ía o siryí,ce o d lra ó e n id ru a l.e o rg d scg o u a icd to e a .:e a ifra o n te :so u iím a tio d va e n cre ñ fin ta o :n d csilra d m n ro e b tp cñ ivro a tw fu e d tcrio a ha e ,im n sa p zm o d csrile tsozirfn fé vá u m e b o tm cu sd p .rixe ra o tb e clg jftD sa e )rse usm b a o n iir2 e 1 lta o M m ilC S E qyszcl(rftil o h a 4 n L g e u 3 p d /nói:coao llg opoirittd rsoaaetso tvsernE dI p ,eojlara lbC om ei+rha :on o,p ssh t.a toa so n cta rta o rteisa r5 odp vo yu b ip bré 1 iotg lu ha e u 0 crlriG C F Z 8 p L d a 2 seso :rabota cm v.rp giatoa iecF )m N Z d( a 8 /sa /nscóe itisncío are igctia ctsa ceirlvapnC AI Machine Translated by Google Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 fábricas, producción flexible y en tiempo real de productos personalizados (Wang et al., 2016; Zhong et al., 2017), mientras que la industria 5.0 se centra en la sostenibilidad (prevención de residuos y reciclaje), el enfoque humano, la digitalización, la personalización de la fabricación y tecnologías de inteligencia artificial para aumentar la fexibilidad y la eficiencia de la producción (Nahavandi, 2019; Xu et al., 2021a, 2021b, 2021c). Hoy en día, las tecnologías de diseño e impresión de textiles 4D basadas en estímulos sensibles todavía se encuentran en su etapa de I+DT y siguen siendo un gran desafío y oportunidad para textiles, prendas de vestir y calzado personalizados (Ali et al., 2019). Al cambiar el color (“ChroMorphous—A New Fabric Experience”, 2022), la estructura y la textura (Ali et al., 2019), a través de una reacción de estímulo, los textiles inteligentes pueden proporcionar una regulación del confort térmico (Gao et al., 2017). . La mayoría de los textiles 4D se desarrollan en instituciones de investigación, en las que las áreas de investigación recaen en el desarrollo de nuevos equipos y materiales inteligentes, modelado matemático e investigación sobre mecanismos de deformación (Ahmed et al., 2021; Biswas et al., 2021; Zhang et al., 2019). Además, los textiles 4D se limitan a la creación de prototipos experimentales, como los ejemplos que se dan en la Tabla 2. Algunas excepciones son, por ejemplo, la membrana SMPU Diaplex®, disponible comercialmente y patentada por Mitsubishi. Diaplex® es una membrana “inteligente” no porosa, que proporciona propiedades como impermeabilidad, resistencia al viento y transpirabilidad al cambiar su forma molecular a bajas temperaturas (la brecha entre las moléculas de SMPU disminuye) y a temperaturas superiores a 10 °C mediante la activación del efecto memoria. vuelve a su forma original (proceso molecular inverso). Diaplex® se puede adherir a tejidos textiles multicapa y se puede proporcionar como membrana, gránulos, flameante y líquido (Takur, 2017). Además, los textiles son materiales no homogéneos, anisotrópicos, porosos y deformables que permiten su libre movimiento. Estas características de las estructuras textiles determinan su comportamiento único y diferente en comparación con otros materiales de ingeniería (Hashemi Sanatgar et al., 2017; McCarthy, 2016). Por lo tanto, investigadores y diseñadores han estado repensando los tejidos y tejidos de punto con funcionalidades novedosas que no se pueden obtener con los tejidos textiles, promoviendo importantes beneficios de sostenibilidad y un futuro sostenible para los materiales (Kim et al., 2019; Zapf, 2022). Además, los materiales utilizados en las telas impresas en 3D dan como resultado prendas rígidas y rígidas, que son incómodas de usar y la mayoría están hechas de polímeros a base de petróleo, como ABS, PLA y PU, mientras que las fibras textiles naturales (lana) como las impresas en 3D. Los materiales de impresión aún se encuentran en una etapa temprana de desarrollo (Perry, 2018). Por lo tanto, se requiere investigación sobre materiales nuevos y existentes y tecnología de deposición/extrusión (Hashemi Sanatgar et al., 2017) para proporcionar comodidad, transpirabilidad y flexibilidad a los tejidos. No obstante, TamiCare (TamiCare. Introducing COSYFLEX, 2021) desarrolló una tecnología de fabricación aditiva llamada CosyFlex para fabricar tejidos a medida, utilizando polímeros líquidos, como látex, silicio, poliuretano, tefón y fibras textiles. TamiCare afirma que su tecnología es respetuosa con el medio ambiente (materias primas recicladas, "ingredientes" de origen biológico, uso reducido de agua, huella de carbono reducida y prácticamente sin desechos), los productos se fabrican bajo demanda y los tejidos están diseñados para exhibir un alto rendimiento y comodidad. Página 20 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Conclusiones En la revisión actual, hemos discutido los conceptos de fabricación aditiva, modelado por deposición fundida, sinterización selectiva por láser, escritura directa con tinta y fotopolímeros por inyección de material, desarrollos y aplicaciones recientes en textiles de impresión 3D y 4D con un enfoque en cuatro temas principales, desarrollo de fibras/alambres flameados, impresión 3D sobre textiles (compuestos polímerotextil), impresión 3D de prendas completas o estructuras individuales y textiles y zapatos 4D. Finalmente, se describen las oportunidades y los límites de los textiles de impresión 3D y 4D. Se están llevando a cabo varios proyectos de investigación y de I+DT específicos de la AM aplicada a textiles, tanto en el ámbito académico como en el industrial, para superar las limitaciones actuales, lo que conducirá a la mejora de prototipos para aplicaciones industriales. Los mayores avances científcos incluyen la impresión 4D y sus aplicaciones, oportunidades y desafíos en textiles, que son vastos y reconocidos por varios grupos de investigación y expertos en el campo. Combinando técnicas avanzadas de diseño computacional, personalización del producto desde el cuerpo del usuario mediante un escaneo 3D, modelado matemático, simulación y modelado digital (impresión 3D), se allana el camino exitoso hacia los textiles multifuncionales, abriendo el futuro para el diseño y la fabricación de productos innovadores. Textiles y wearables inteligentes con capacidad de autotransformación, cambio de forma y regulación del confort térmico, que permiten la interacción tanto de nuestro cuerpo como del entorno externo. Agradecimientos No aplica. Contribuciones de los autores Todos originaron la idea de la investigación y JM llevó a cabo la investigación y escribió el manuscrito. JD y FC leyeron y revisaron el manuscrito. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final. información de los autores JM tiene una Maestría en Ciencias en Ingeniería de Diseño de Producto, en la que estudió “Procesamiento y caracterización de compuestos de fibras naturales” y un Doctorado en Diseño de Ingeniería y Fabricación Avanzada, con beca FCT, que involucró el estudio de los comportamientos mecánicos de polímeros semicristalinos. bajo diferentes estados de tensión (triaxialidad, presión hidrostática y ángulo de Lode), tasas de deformación y temperaturas. Actualmente, JM es investigador en el Instituto Pedro Nunes enfocado en el desarrollo de biocompuestos ecológicos. Ha participado en proyectos del PT y de la UE, así como ha asistido a congresos como ponente oral. Además, es autor o coautor de varios artículos científicos y capítulos de libros, de repercusión internacional y editoriales de prestigio. FC tiene una Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica y un Doctorado en Ciencia de Materiales. Es investigador del Instituto Pedro Nunes. Sus líneas de investigación están relacionadas tanto con el área de la mecánica como con la de materiales, en las que la fabricación aditiva (AM) ha sido un tema de interés prioritario. Es autor y/o coautor de diferentes revistas nacionales e internacionales, de impacto internacional y editoriales de prestigio como Springer, etc. JD es investigador del Instituto Pedro Nunes. Sus intereses de investigación actuales se encuentran en el campo de la fabricación aditiva y la evaluación del ciclo de vida. Ha participado en numerosos proyectos de investigación financiados en convocatorias públicas. Su trabajo de investigación ha dado lugar a patentes. Ha publicado en revistas de alto impacto. Fondos No aplica. Disponibilidad de datos y materiales. No aplica. Declaraciones Conflicto de intereses Los autores declaran que no tienen intereses contrapuestos. Recibido: 11 de noviembre de 2022 Aceptado: 19 de marzo de 2023 Página 21 de 28 Machine Translated by Google Manaia et al. Moda y Textiles (2023) 10:20 Referencias Agkathidis, A., Berdos, Y. y Brown, A. (2019). Membranas activas: impresión 3D de patrones de fibras elásticas sobre preestirados textiles. Revista internacional de informática arquitectónica, 17 (1), 74–87. https://doi.org/10.1177/1478077118800890 Ahmed, A., Arya, S., Gupta, V., Furukawa, H. y Khosla, A. (2021). Impresión 4D: Fundamentos, aplicaciones de materiales y desafíos. 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