Projecte de desenvolupament de tèxtils impresos en 3D per al sector de la indumentària

Document: Memòria TREBALL DE FI D’ESTUDIS Projecte de Desenvolupament de Tèxtils Impresos en 3D per al Sector de la Indumentària Autor/Autora: Joana Meyer Duró Director/Directora - Codirector/Codirectora: Heura Ventura Casellas Javier Eduardo Hernández Amaya Titulació: Grau en Enginyeria de Tecnologia i Disseny Tèxtil Convocatòria: Pròrroga QT 2024-2025 1 Aquest treball no hagués sigut possible sense el suport de l’Heura Ventura. També vull donar les gràcies al Javier Hernández i l’Enric Carrera pel temps dedicat. Finalment agraeixo a l’equip d’OpenDot i el préstec Alumni per haver confiat en aquest projecte. 2 Resum Aquest projecte aborda el desenvolupament de tèxtils impresos en 3D mitjançant impressores FDM d'ús domèstic, aplicats al sector de la indumentària. Inicialment, es presenta un estat de l'art que analitza la situació actual de la impressió 3D en l'àmbit tèxtil i les seves aplicacions emergents. El desenvolupament es divideix en tres fases: en una primera etapa es realitza un procés d'experimentació amb diferents proves d'impressió de tèxtils; en la segona, es duu a terme la caracterització dels tèxtils impresos per tal de comparar-ne les propietats amb les d’un teixit convencional; finalment, i gràcies al programa Making Fashion Last, organitzat per OpenDot a Milà, es dissenya una peça d’indumentària que combina tecnologia i artesania digital, utilitzant els tèxtils impresos desenvolupats. Aquest projecte posa de manifest el potencial de les tecnologies d'impressió 3D domèstica com a motor d'innovació, sostenibilitat i personalització en el sector tèxtil i de la moda. Resumen Este proyecto aborda el desarrollo de textiles impresos en 3D mediante impresoras FDM de uso doméstico, aplicados al sector de la indumentaria. Inicialmente, se presenta un estado del arte que analiza la situación actual de la impresión 3D en el ámbito textil y sus aplicaciones emergentes. El desarrollo se divide en tres fases: en una primera etapa se lleva a cabo un proceso de experimentación con diferentes pruebas de impresión de textiles; en la segunda, se realiza la caracterización de los textiles impresos con el fin de comparar sus propiedades con las de un tejido convencional; finalmente, y gracias al programa Making Fashion Last, organizado por OpenDot en Milán, se diseña una prenda de indumentaria que combina tecnología y artesanía digital, utilizando los textiles impresos desarrollados. Este proyecto pone de manifiesto el potencial de las tecnologías de impresión 3D doméstica como motor de innovación, sostenibilidad y personalización en el sector textil y de la moda. Abstract This project addresses the development of 3D-printed textiles using domestic FDM printers, applied to the apparel industry. It begins with a state-of-the-art review that analyzes the current situation of 3D printing in the textile field and its emerging applications. The development is divided into three phases: the first stage involves an experimental process with various textile printing tests; the second phase focuses on the characterization of the printed textiles in order to compare their properties with those of a conventional fabric; and finally, as part of the Making Fashion Last program organized by OpenDot in Milan, a piece of apparel integrating technology and digital craftsmanship is created using the developed printed textiles. This project highlights the potential of domestic 3D printing technologies as a driver of innovation, sustainability, and personalization in the textile and fashion sectors. 3 Índex Resum ..................................................................................................................................................................................... 2 Resumen ................................................................................................................................................................................. 2 Abstract ................................................................................................................................................................................... 2 Índex ....................................................................................................................................................................................... 3 Índex de Taules ....................................................................................................................................................................... 6 Índex de Figures ..................................................................................................................................................................... 7 1. Introducció .......................................................................................................................................................................... 9 1.1. Objecte ........................................................................................................................................................................ 9 1.2. Abast ........................................................................................................................................................................... 9 1.3. Requisits ................................................................................................................................................................... 10 1.4. Justificació ................................................................................................................................................................ 10 2. Estat de l’Art ..................................................................................................................................................................... 11 2.1. La Impressió 3D per FDM ........................................................................................................................................ 11 2.2. Rellevància de les condicions d’impressió ............................................................................................................... 12 2.3. Programari emprat en impressió 3D ......................................................................................................................... 12 2.4. Materials flexibles per la impressió FDM ................................................................................................................ 12 2.5. Coneixement bàsic de teixits convencionals ............................................................................................................ 13 2.6. Solucions tèxtils obtingudes per FDM ..................................................................................................................... 14 2.6.1. Estructures tipus cota de malla: ........................................................................................................................ 14 2.6.2. Estructures meso estructurals: .......................................................................................................................... 15 2.6.3. Estructures bidimensionals ............................................................................................................................... 15 2.6.4. Aplicacions 3D sobre teixit .............................................................................................................................. 17 3. Materials i Mètodes .......................................................................................................................................................... 18 3.1. Materials Emprats ..................................................................................................................................................... 18 3.2. Mètodes de la Part I: Procés d’Experimentació d’Impressió ................................................................................... 18 3.2.1. Aprenentatge de l’ús d’una impressora 3D ...................................................................................................... 18 3.2.2. Aprenentatge del programari a utilitzar ............................................................................................................ 19 3.2.3. Creació de tèxtils impresos semblants a teixits convencionals ........................................................................ 19 3.3. Mètodes de la Part II: Caracterització dels teixits impresos ..................................................................................... 20 3.3.1. Paràmetres estructurals ..................................................................................................................................... 21 3.3.2. Paràmetres funcionals ....................................................................................................................................... 22 4 3.3.2.1. Assaig de tracció ...................................................................................................................................... 23 3.3.2.2. Assaig de resistència a l’esclat ................................................................................................................ 24 3.3.2.3. Assaig de rigidesa a la flexió ................................................................................................................... 25 3.3.2.4. Assaig de l’angle de recuperació ............................................................................................................. 26 3.4. Mètodes de la Part III: Procés d’elaboració d’una peça de roba .............................................................................. 28 4. Part I: Procés Experimental d’Impressió .......................................................................................................................... 29 4.1. Aprenentatges del procés d’impressió ...................................................................................................................... 29 4.1.1. Velocitat volumètrica: ...................................................................................................................................... 29 4.1.2. Flow Ratio: ....................................................................................................................................................... 30 4.2. Desenvolupament de tèxtils tmpresos mitjançant FDM ........................................................................................... 31 4.3. Definició del disseny d’experiments ........................................................................................................................ 33 4.3.1. Bloc I: Influència estructural ............................................................................................................................ 33 4.3.2. Bloc II: Influència del material ......................................................................................................................... 34 5. Part II: Caracterització de Tèxtils Impresos ..................................................................................................................... 35 5.1. Resultats dels paràmetres etructurals ........................................................................................................................ 35 5.2. Resultats dels paràmetres funcionals ........................................................................................................................ 36 5.2.1. Assaig de tracció axial ...................................................................................................................................... 36 5.2.1.1. Efecte de l’estructura davant la força màxima ........................................................................................ 36 5.2.1.2. Efecte del material davant la força màxima ............................................................................................ 36 5.2.1.3. Efecte de l’estructura en l’allargament a la força màxima ...................................................................... 37 5.2.1.4. Efecte del material en l’allargament a la força màxima .......................................................................... 38 5.2.1.5. Patrons de ruptura de tèxtils impresos ..................................................................................................... 39 5.2.1.6. Conclusions extretes dels assajos de tracció ............................................................................................ 40 5.2.2. Assaig de resistència a l’esclat ......................................................................................................................... 41 5.2.2.1. Efecte de l’estructura a la resistència d’esclat ......................................................................................... 41 5.2.2.2. Efecte de l’estructura a la resistència d’esclat ......................................................................................... 41 5.2.2.3. Efecte de l’estructura en la deformació a l’esclat .................................................................................... 42 5.2.2.4. Efecte del material en la deformació a l’esclat ........................................................................................ 43 5.2.2.5. Patrons de ruptura de tèxtils impresos ..................................................................................................... 44 5.2.2.6. Conclusions extretes dels assajos de resistència a l’esclat ...................................................................... 45 5.2.3. Assaig de rigidesa a la flexió ............................................................................................................................ 46 5.2.3.1 Efecte del material .................................................................................................................................... 46 5.2.3.2. Conclusions extretes de l’assaig de rigidesa a la flexió ........................................................................... 46 5.2.4. Assaig de l’angle de recuperació ...................................................................................................................... 47 5.2.4.1. Efecte del material ................................................................................................................................... 47 5.2.4.2. Conclusions extretes de l’assaig de l’angle de recuperació ..................................................................... 47 6. Part III: Disseny d’una Peça d’Indumentària amb Tèxtils Impresos ................................................................................ 48 6.1. Concepte, inspiració i disseny .................................................................................................................................. 48 5 6.2. Evolució del patronatge del vestit ............................................................................................................................ 49 6.3. Impressió d’encaixos ................................................................................................................................................ 51 6.4. Disseny de les unions ............................................................................................................................................... 52 6.5. Resultat final ............................................................................................................................................................. 54 7. Anàlisi i Valoració de les Implicacions Ambientals i Socials .......................................................................................... 56 7.1. Implicació ambiental ................................................................................................................................................ 56 7.2. Implicació social ....................................................................................................................................................... 57 8. Pressupost ......................................................................................................................................................................... 58 8.1. Pressupost del projecte ............................................................................................................................................. 58 8.2. Pressupost del vestit .................................................................................................................................................. 59 9. Conclusions ...................................................................................................................................................................... 60 10. Referències ..................................................................................................................................................................... 61 6 Índex de Taules Taula 1: Filaments de TPU disponibles en el mercat ........................................................................................................... 13 Taula 2: Adaptacions aplicades a la norma UNE-EN ISO 13934-1 per a dur a terme l’assaig de tracció en els tèxtils impresos .............................................................................................................................................................................................. 23 Taula 3: Adaptacions aplicades a la norma UNE 40-392-79 per a dur a terme l’assaig de rigidesa la flexió en els tèxtils impresos ................................................................................................................................................................................ 26 Taula 4: Adaptacions aplicades a la norma UNE ES 22313 per a dur a terme l’assaig d’angle de recuperació en els tèxtils impresos ................................................................................................................................................................................ 27 Taula 5: Selecció de quatre mostres amb les seves característiques i observacions ............................................................ 31 Taula 6: Paràmetres d'impressió de les provetes amb estructura rectilínia, rusc d'abella i triangular .................................. 33 Taula 7: Paràmetres d'impressió de les provetes amb estructura triangular amb diferents rigideses de TPU ..................... 34 Taula 8: Paràmetres estructurals de les estructures rectilínies, rusc d'abella i triangular ..................................................... 35 Taula 9: Paràmetres estructurals de les provetes d'estructura triangular .............................................................................. 35 Taula 10: Paràmetres estructurals del tul .............................................................................................................................. 35 Taula 11: Resultats a efecte de l’estructura de la força màxima exercida en sentit corresponen a l’ordit i de la trama de les estructures rectilínies, rusc d’abella i triangular de l'assaig de tracció axial ........................................................................ 36 Taula 12: Resultats a efecte del material de la de força màxima exercida en sentit corresponent l’ordit i de la trama ....... 36 Taula 13: Resultats a efecte de l’estructura de l’allargament a la força màxima exercida en sentit corresponent a l’ordit i de la trama de l'assaig de tracció axial ...................................................................................................................................... 37 Taula 14: Resultats a efecte de l’estructura de l’allargament a la força màxima exercida en sentit corresponent a l’ordit i de la trama de l'assaig de tracció axial ...................................................................................................................................... 38 Taula 15: Resultats a l’efecte de l’estructura a la resistència a l’esclat de l’assaig de resistència a l’esclat ........................ 41 Taula 16: Resultats a l’efecte del material a la resistència a l’esclat de l’assaig de resistència a l’esclat ............................ 41 Taula 17: Resultat a efecte de l’estructura a la deformació a l’esclat de l’assaig de resistència a l’esclat .......................... 42 Taula 18: Resultat a efecte del material a la deformació a l’esclat de l’assaig de resistència a l’esclat .............................. 43 Taula 19: Resultat a efecte del material a la deformació a l’esclat de l’assaig de resistència a l’esclat .............................. 46 Taula 20: Resultats experimentals extrets de l’assaig de rigidesa a la flexió. ...................................................................... 47 Taula 21: Dissenys dels encaixos del vestit, descripció, nombre de peces i temps total d’impressió de cada part del vestit .............................................................................................................................................................................................. 51 Taula 22: Avantatges i desavantatges dels mètodes d'unió .................................................................................................. 52 Taula 23: Resum de pressupost del projecte ........................................................................................................................ 58 Taula 24: Resum de pressupost del projecte ........................................................................................................................ 59 7 Índex de Figures Figura 1: Impressora 3D FDM (Font: (6)) ........................................................................................................................... 11 Figura 2: Sistema de disposició del material d’una impressora FDM (Font: (7)) ................................................................ 11 Figura 3: Il·lustració de les columnes i passades d’un teixit de punt (Font: (12)) ............................................................... 13 Figura 4: Il·lustració de trama i ordit en un teixit de calada (Font: (13)) ............................................................................. 14 Figura 5: Cota de malla de la NASA (Font: (14) ................................................................................................................. 14 Figura 6: Geometria Flexible (Font: (15)) ............................................................................................................................ 15 Figura 7: Tèxtil imprès obtingut pel mètode d'infill (Font: (16)) ......................................................................................... 16 Figura 8: Tramat flexible imprès amb patrons personalitzats ( Font: (17)) ......................................................................... 16 Figura 9: Faldilla impresa amb 3D a partir de modificacions .............................................................................................. 17 Figura 10: tul amb aplicacions impreses (Font: (19)) ......................................................................................................... 17 Figura 11: Estructures d'infill amb similituds a un teixit de tul: estructura rectilínia (a), estructura de rusc d'abella (b) i estructura triangular (c) (Font: elaboració pròpia) ............................................................................................................... 19 Figura 12: Tèxtil imprès format per una capa d'estructura de reixa amb una il·lustració floral (Font: elaboració pròpia) . 20 Figura 13: Direcció establerta com a trama i ordit de les estructures impreses: direccions d’estructura rectilínia (a), estructura de rusc d'abella (b) i estructura triangular (c) ...................................................................................................... 21 Figura 14: Micròmetre de pressió mesurant el gruix d'un tèxtil imprès (Font: elaboració pròpia) ...................................... 21 3 15: Mordasses del dinamòmetre durant l’assaig d’una proveta de tul (Font: elaboració pròpia) ..................................... 23 Figura 16: escleròmetre durant un assaig amb una proveta de tul (Font: elaboració pròpia) .............................................. 24 Figura 17: Shirley Stifness Tester durant l’assaig d’una proveta de tèxtil imprès (Font: elaboració pròpia) ...................... 25 Figura 18: Shirley Crease Recovery Tester durant l’assaig d’una proveta de tèxtil imprès (Font: elaboració pròpia) ....... 27 Figura 19: Tros de filament deformat de TPU 82 A extret del broquet (Font: elaboració pròpia) ...................................... 29 Figura 20: Error d’impressió causat per un valor incorrecte de flow ratio (Font: elaboració pròpia) ................................. 30 Figura 21: Comportament del tèxtil imprès “Superposició de capes amb corbes”: tèxtil en estat neutre (a), tèxtil estirat pel costat dret (b) i tèxtil estirat pel costat esquerre (c) (Font: elaboració pròpia) ..................................................................... 32 Figura 22: Força màxima exercida corresponent al sentit de l’ordit i la trama en l'assaig de tracció a efecte del material . 37 Figura 23: Allargament a la força màxima exercida en sentit corresponent a l’ordit i la trama en l'assaig de tracció a efecte del material ........................................................................................................................................................................... 38 Figura 24: Trencament en sentit de l'ordit de l'assaig de tracció axial de l’estructura triangular: ....................................... 39 Figura 25: Trencament en sentit de la trama de l'assaig de tracció axial de l’estructura triangular: .................................... 39 Figura 26: Assaig de resistència a la tracció: estructura rectilínia (a) i estructura de rusc d’abella (b) (Font: elaboració pròpia) ................................................................................................................................................................................... 40 Figura 27: Resistència a l’esclat de l’assaig de resistència a l’esclat a efecte del material .................................................. 42 Figura 28: Deformació a l’esclat en l’assaig de resistència a l’esclat a efecte del material ................................................. 43 Figura 29: Trencament multiaxial en l'assaig de resistència a l’esclat: TPU 95 A (a), TPU 82 A (b) i TPU 95 A Foamy (Font: elaboració pròpia) ...................................................................................................................................................... 44 Figura 30: Assaig de resistència a l’esclat: estructura rectilínia (a) i estructura de rusc d’abella (b) (Font: elaboració pròpia) .............................................................................................................................................................................................. 44 Figura 31: imatge microscòpica de l’estructura del foam (25) ............................................................................................ 45 Figura 32: Deformació a l’esclat de l’assaig de resistència a l’esclat a efecte del material ................................................. 46 Figura 33: Mesures experimentals de l'angle de recuperació ............................................................................................... 47 8 Figura 34: Moodboard pel disseny de les figures d'encaix imprès (Font: elaboració pròpia) ............................................. 48 Figura 35: Patró digitalitzat de la primera opció (Font: elaboració pròpia) ......................................................................... 49 Figura 36: Meitat esquerra de patró digitalitzat davanter digitalitzat (Font: elaboració pròpia) .......................................... 49 Figura 37: Dibuix del vestit amb parts especificades: davant (a) i darrere (b) (Font: elaboració pròpia) ............................ 50 Figura 38: Meitat esquerra del patró digitalitzat dividit per seccions: davant (a) i darrera amb traus (b) escot (c) (Font: elaboració pròpia) ................................................................................................................................................................. 50 Figura 39: Il·lustració dels botons: perfil (a) i planta (b) (Font: elaboració pròpia) ............................................................ 53 Figura 40: Sistema de tancament del vestit: sistema de botonat tancat (a), desbotonat d’un botó (b) i retirada completa del botó (c) (Font: elaboració pròpia) ......................................................................................................................................... 53 Figura 41: Vestit realitzat íntegrament amb tèxtil imprès: davant (a) i darrere (b) (Font: elaboració pròpia) ..................... 54 Figura 42: Imatge del vestit imprès sobre el cos humà fotografiat per @Monaco__________ .......................................... 55 Figura 43: Imatge del vestit imprès sobre el cos humà fotografiat per @Monaco__________ .......................................... 55 15 2.6.2. Estructures meso estructurals: Les superfícies flexibles meso estructurats s’elaboren a partir de filaments rígids (com el PLA) conformant figures geomètriques que permeten donar propietats flexibles a l’estructura resultant de la impressió. Un exemple és el patró desenvolupat per Andreas Bastian (15), que es podria emprar en l’àmbit de l'arquitectura en façanes d’edificis gràcies al seu comportament complex per a la formació de curvatures (Figura 6). Figura 6: Geometria Flexible (Font: (15)) 2.6.3. Estructures bidimensionals Finalment, les estructures bidimensionals (categoria a la qual corresponen els tèxtils impresos que es desenvolupen en aquest projecte) consisteixen en superfícies fines formades per estructures geomètriques que estan repartides homogèniament en tota l’àrea de la peça. Un aspecte rellevant és el disseny i la densitat d’aquestes estructures, ja que intervenen en les propietats de resistència i flexibilitat de la superfície tèxtil resultant. Existeixen tres categories diferents per a poder obtenir aquests tipus de resultats; mètode de l’infill, el modelatge digital i la modificació del codi G de la impressió. 2.6.3.1 Mètode d’infill: Aquest mètode se centra en la funció que apareix en els programes d’impressió CAM, com BambuStudio, anomenat infill. Generalment, s’utilitzen per evitar que els objectes sòlids siguin massissos. Són estructures geomètriques que es reparteixen homogèniament en la superfície com ara rusc d’abella, rectilínia, reixa, triangular, etc. En usar aquesta funció sobre superfícies fines, tot eliminant les parets s’obté com a resultats de la impressió estructures que presenten moltes similituds visuals amb el tul. Un exemple d’un producte tèxtil creat amb aquest mètode són les sabates de la Sara Álvarez (Figura 7) (16). 16 Figura 7: Tèxtil imprès obtingut pel mètode d'infill (Font: (16)) 2.6.3.2. Modelatge digital: Una de les metodologies per a la creació de tèxtils impresos consisteix en l’ús de programari CAD de disseny tridimensional o programari paramètric. A través d’aquest tipus d’eines, és possible generar una gran varietat de trames amb geometries i volums diferenciats, la qual cosa obre noves possibilitats en el disseny funcional de materials (Figura 8). Aquesta línia d’exploració ha estat abordada per diversos investigadors i enginyers del Massachusetts Institute of Technology (MIT), en el marc de projectes centrats en la innovació tèxtil mitjançant la fabricació additiva (17). Figura 8: Tramat flexible imprès amb patrons personalitzats ( Font: (17)) 2.6.3.3. Codi G El codi G és el llenguatge de control numèric que interpreta la impressora 3D per executar cada moviment, extrusió i paràmetre d’impressió. A través de la modificació directa d’aquest codi, és possible alterar aspectes com la trajectòria de l’extrusor, la quantitat de material dipositat o la velocitat d’impressió, fet que obre la porta a noves possibilitats creatives en la generació de superfícies i estructures similars als tèxtils. Un exemple és el projecte DefeXtiles (18), desenvolupat per estudiants de l’Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT), on es va aprofitar un error tècnic recurrent en les extrusores FDM, per generar tèxtils fins i flexibles, visualment i estructuralment similars al tul (Figura 9). Aquest tipus de tèxtil imprès, demostra com l'ús avançat del codi G pot transformar una limitació tècnica en una oportunitat de disseny. 17 Figura 9: Faldilla impresa amb 3D a partir de modificacions en el codi G de la impressió (Font: (18) ) 2.6.4. Aplicacions 3D sobre teixit Tots els mètodes descrits anteriorment poden aplicar-se també sobre un teixit convencional com a base. La tècnica consisteix a col·locar el teixit directament sobre la superfície d'impressió de la impressora 3D a l’inici o poc després d’aquest (quan ja s’han imprès una o dues capes d’impressió) de manera que el material fos s’hi dipositi a sobre i s’hi adhereixi durant el procés d’impressió. Aquesta metodologia permet integrar estructures tridimensionals amb el suport tèxtil, generant peces amb formes complexes i propietats mecàniques o estètiques innovadores, com ara una flexibilitat direccional o volums decoratius. Aquest sistema ha estat explorat per diverses marques, com és el cas de Labeledby (19), que ha aplicat aquest enfocament en alguns dels seus dissenys (Figura 10), donant lloc a peces d’indumentària que combinen funcionalitat i expressió artística. Figura 10: tul amb aplicacions impreses (Font: (19)) A més, aquest mètode també pot emprar-se com a alternativa contemporània al brodat tradicional, ja que permet dipositar filaments sobre el teixit seguint patrons digitals personalitzats, obrint així noves vies dins del camp de l’ornamentació tèxtil mitjançant la fabricació additiva. 18 3. Materials i Mètodes El desenvolupament d’aquest projecte s’ha organitzat en tres parts: - una primera part en la qual s’ha experimentat amb el procés d’impressió - una segona part en la qual s’han seleccionat i caracteritzat diversos teixits impresos per tal d’avaluar la seva similitud amb els tèxtils convencionals, - i una tercera part en la qual s’ha desenvolupat una peça de roba a partir dels teixits impresos desenvolupats. En aquesta secció es defineixen els materials emprats en aquest projecte, així com els mètodes emprats en cadascuna d’aquestes parts. 3.1. Materials Emprats Els materials que s’han utilitzat durant el projecte s’especifica a continuació, amb quina finalitat s’ha fet servir: - Filament de TPU 95 A: emprat durant la fase d’experimentació, la creació de provetes i l’elaboració del vestit. - Filament de TPU 82 A: emprat durant la fase d’experimentació, la creació de provetes i l’elaboració del vestit. - Filament de TPU 95 Foamy: emprat durant la fase d’experimentació, la creació de provetes i l’elaboració del vestit. - Filament de PLA 3 : emprat durant el procés d’elaboració del vestit, concretament per fer els botons. - Tul: tul amb gramatge de 13 g/m^2 emprat per fer la comparació en tots els assajos tèxtils realitzats. 3.2. Mètodes de la Part I: Procés d’Experimentació d’Impressió Durant el procés experimental d’impressió, s’ha hagut d’adquirir els coneixements necessaris per al funcionament correcte d’una impressora 3D, així com per a l’ús del programari corresponent. Un cop assolida aquesta fase inicial, s’ha procedit a la creació de tèxtils impresos amb característiques similars al tul. Finalment, s’ha experimentat amb la superposició de capes constituïdes per estructures diferents. 3.2.1. Aprenentatge de l’ús d’una impressora 3D Primerament, s’ha hagut d’identificar les parts principals de la impressora que s’ha emprat durant el projecte, la BambuLab A1, per tal d’entendre el seu funcionament. Seguidament, s’han imprès objectes senzills per tal d’aprendre a calibrar el llit, carregar i descarregar el filament i comprovar la impressió és homogènia. Posteriorment, s’han anat fent proves i ajustantles per corregir els errors comuns com la mala adherència i les capes desalineades. També s’ha experimentat en imprimir un mateix objecte en diferents materials (PLA i TPU) per veure quina influencia té aquest en el resultat final. 3 PLA (àcid polilàctic): termoplàstic rígid i fàcil d’imprimir, utilitzat habitualment en la impressió 3D. 19 3.2.2. Aprenentatge del programari a utilitzar Durant aquest projecte s’ha treballat tant amb programes de CAD com amb programes de CAM, els quals es descriuen a continuació: - CAD: SolidWorks, Tinkercad, Rhinoceros i Inkscape - CAM: BambuStudio Per aprendre a utilitzar el programari de la impressora, en aquest cas BambuStudio, primerament s’ha creat un rectangle en SolidWorks. I s’han fet vàries impressions on s’han anat modificant algunes de les funcions d’impressió com són el nombre de capes, el nombre de parets, els infills, la densitat, el suports, etc. Amb l’observació i anàlisi dels resultats s’ha anat comprenent les característiques de cada funció. Un cop s’han entès les possibilitats, s’ha experimentat amb l’ús d’imatges o il·lustracions baixades d’internet. Per poder-les imprimir, primerament s’han vectoritzat en Inkscape, i després se’ls hi ha generat volum amb SolidWorks o Rhinoceros. 3.2.3. Creació de tèxtils impresos semblants a teixits convencionals El mètode principal utilitzat en la creació de la majoria dels teixits impresos d’aquest projecte és el mètode del’infill ja explicat en la secció 2.6.3.1. (Mètode d’infill). Aquest procediment consisteix a dissenyar una figura geomètrica amb volum —com ara un rectangle— mitjançant programes de modelatge 3D. Un cop creada, la figura es trasllada al programari de laminació (BambuStudio), on se li assigna una alçada de capa reduïda, habitualment entre 0,05 mm i 0,08 mm. A continuació, s’eliminen les parets exteriors del model per deixar només l’estructura interna, i s’aplica una estructura d’infill amb la densitat desitjada segons les propietats mecàniques i l’efecte visual que es vulgui obtenir. S’ha vist que hi ha infills que presenten moltes similituds amb el tul. Per tant, s’ha escollit un tul ja explicat a la secció 3.1. (Materials Emprats) com a teixit de referència per comparar-lo amb els tèxtils impresos. Després de provar molts dels infills disponibles en el programa BambuStudio, s’han escollit els tres més semblants al tul per tal d’analitzar l’efecte de l’estructura en el producte resultant: l’estructura rectilínia (Figura 11a), la de rusc d’abella (Figura 11b) i la triangular (Figura 11c). Figura 11: Estructures d'infill amb similituds a un teixit de tul: estructura rectilínia (a), estructura de rusc d'abella (b) i estructura triangular (c) (Font: elaboració pròpia) a b c 20 Posteriorment, per tal d’analitzar l’efecte d’altres paràmetres, s’han fet modificacions dels següents paràmetres d’impressió sobre una de les estructures (l’estructura triangular): - Diàmetres d'extrusió diferents: 0,4 mm, 0,6 mm i 0,8 mm - Rigideses de filament flexible: TPU 95 A, TPU 82 A o TPU 95 A Foamy - Densitat d’infill - Gruixos diferents Prenent com a base les estructures mencionades anteriorment i combinant-les amb tècniques de modelatge digital, s’ha experimentat amb la superposició d’il·lustracions més elaborades (Figura 12), donant lloc a composicions més riques visualment. El resultat d’aquestes combinacions genera una estètica que evoca l’encaix tradicional, aportant al tèxtil imprès un caràcter artesanal que demostra el potencial de la impressió 3D com a eina creativa en el disseny tèxtil contemporani. Figura 12: Tèxtil imprès format per una capa d'estructura de reixa amb una il·lustració floral (Font: elaboració pròpia) 3.3. Mètodes de la Part II: Caracterització dels teixits impresos La caracterització dels tèxtils impresos s’ha realitzat mitjançant diversos assaigs tèxtils, amb l’objectiu de comparar-ne les propietats amb les d’un teixit convencional. Atès les similituds morfològiques, s’ha seleccionat el tul com a teixit de referència per a la comparació amb els tèxtils impresos a partir del mètode de l’infill amb estructures rectilínies, de rusc d’abella i triangular. A diferència del teixits convencionals, que presenten una orientació definida de les direccions de trama i ordit, els teixits impresos són superfícies planes que no disposen d’aquesta distinció explícita entre direccions principals. Per tal d’adaptarse als requisits metodològics dels assaigs tèxtils normalitzats, ha estat necessari establir un procediment específic per a la determinació d’aquestes direccions, garantint així la coherència i la comparabilitat dels resultats obtinguts. Per fer-ho, s’ha analitzat com la impressora disposa el filament en cada cas. I s’ha determinat que tant en l’estructura rectilínia (Figura 13a), com l’estructura de rusc d’abella (Figura 13b) i estructura triangular (Figura 13c) hi ha una estructura diagonal predominant que s’ha identificat com l’ordit i la seva perpendicular com a trama. 21 Figura 13: Direcció establerta com a trama i ordit de les estructures impreses: direccions d’estructura rectilínia (a), estructura de rusc d'abella (b) i estructura triangular (c) 3.3.1. Paràmetres estructurals Els paràmetres estructurals informen de les característiques estructurals del teixit. En aquest cas, s’han considerat els següents paràmetres: - Material del filament – informació proporcionada pel fabricant - Duresa (Shore) – informació proporcionada pel fabricant - Tipus d’estructura i densitat - Gramatge (g/m2) – determinat com el valor mitjà de tres provetes de 120 mm × 25 mm a partir del quocient entre el pes de les provetes i l’àrea de la mostra calculada a partir de les seves dimensions. 𝐺𝑟𝑎𝑚𝑎𝑡𝑔𝑒 =𝑝𝑒𝑠1(𝑔) 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑑𝑒1(𝑚!) - Gruix (mm) – determinat com a valor mitjà del resultat obtingut del micròmetre de pressió de totes les provetes (Figura 14) Figura 14: Micròmetre de pressió mesurant el gruix d'un tèxtil imprès (Font: elaboració pròpia) a b c 22 3.3.2. Paràmetres funcionals Els paràmetres funcionals dels tèxtils impresos es caracteritzen amb els assajos obtinguts a través dels assajos seleccionats descrits a continuació (20): - L’assaig de tracció proporciona informació quantitativa sobre la resistència dels tèxtils impresos a una força axial. Aquest tipus d’assaig s’aplica habitualment en teixits de calada, de manera que els resultats obtinguts permeten avaluar el grau de similitud estructural i funcional entre el material imprès i un teixit convencional. - L’assaig de resistència a l’esclat avalua la resistència del material a una deformació multiaxial, simulant una càrrega distribuïda en una zona concreta del teixit. Aquest assaig és comunament utilitzat per a teixits de punt, de manera que la seva aplicació als teixits impresos permet analitzar el seu comportament davant esforços no direccionals. - L’assaig de rigidesa a la flexió mesura la resistència del teixit a deformar-se en doblegar-se. La capacitat de recuperació de l’arruga és una propietat característica dels materials tèxtils, especialment important en la confecció de productes d’indumentària, per a la llar o tècnics. Per exemple, una camisa sense arrugues tindrà un aspecte més polit. Igualment, teixits usats en tendes o paracaigudes han de recuperar la forma després de ser plegats per funcionar correctament. - L’assaig de l’angle de recuperació valora la capacitat de recuperació del material després d’una deformació per plegament, essent un altre indicador clau del confort. Aquest paràmetre és especialment rellevant en l’àmbit de la confecció, ja que influeix directament en la percepció estètica i funcional del teixit en l’ús habitual. 23 3.3.2.1. Assaig de tracció Per dur a terme l’assaig de tracció o assaig de càrrega i allargament a la ruptura per tracció axial, s’ha emprat el dinamòmetre de tracció vertical Tensokid de la marca USTER, equipat amb mordaces especials per a teixits, del laboratori de física tèxtil de la secció d’Enginyeria Tèxtil (SAET) del Departament de Ciència i Enginyeria de Materials (CEM) de la UPC a Terrassa (Figura 15). 3 15: Mordasses del dinamòmetre durant l’assaig d’una proveta de tul (Font: elaboració pròpia) La normativa que s’empra habitualment en aquest assaig és UNE-EN ISO 13934-1 (21), a causa de les limitacions de material i temps d’impressió, s’han adaptat les condicions d’assaig tal com es resumeix en la Taula 2. Taula 2: Adaptacions aplicades a la norma UNE-EN ISO 13934-1 per a dur a terme l’assaig de tracció en els tèxtils impresos Condició recollida a la normativa Paràmetres emprats i modificació Amplada de la proveta igual a l’amplada de les mordaces Amplada de la proveta és inferior a l’amplada de les mordaces La mida de les provetes és de 200 mm × 50 mm ± 0,5 mm La mida de les provetes es de 120 mm × 25 mm ± 0,5 mm 5 provetes en sentit ordit i 5 en sentit trama 3 provetes en sentit ”ordit” i 3 en sentit “trama” Utilitzat en teixits de calada que tenen trama i ordit Utilitzat en tèxtil imprès considerat la trama i l’ordit com en el punt anterior (Figura 13) Longitud d’assaig4 de 100 mm Longitud l’assaig de 100 mm 4 Longitud d’assaig: distancia entre dos punts útils de pinçament d’un dispositiu d’assaig. 24 Per realitzar aquest assaig s’han tallat 3 provetes de cada mostra en sentit de l’ordit i 3 en sentit de la trama de 120 mm × 25 mm. Aquestes s’han col·locat entres les mordasses, separades a una distància inicial de 100mm. Posteriorment, a través del programa s’ha activat el sistema per començar a exercir la carrega en sentit axial. Un cop s’ha trencat la proveta l’assaig ha acabat. Els paràmetres obtinguts en aquest assaig són: la força màxima 5 (Fmax) aplicada per trencar la proveta en sentit axial (expressada en N), i l’allargament 6 a ruptura, equival a l’increment de longitud respecte a la longitud inicial (deformació de la proveta) en el moment del trencament (expressat en %). 3.3.2.2. Assaig de resistència a l’esclat Per dur a terme l’assaig de resistència a l’esclat s’ha emprat l’esclatòmetre PnuBurst de la marca SDL Atlas, del laboratori de física tèxtil de l’Institut d’Investigació Tèxtil i Cooperació Industrial de Terrassa (INTEXTER) de la UPC a Terrassa (Figura 16). Figura 16: escleròmetre durant un assaig amb una proveta de tul (Font: elaboració pròpia) L’assaig s’ha realitzat seguint les especificacions tècniques establertes a la norma ISO 139381 i 2, amb una modificació en el nombre de provetes utilitzades. Concretament, s’han assajat tres provetes, de 25 cm × 25 cm, en lloc de les deu 5 Força màxima: força màxima registrada en el moment en què la proveta es trenca durant l’assaig de tracció realitzat en les condicions especificades. 6 Allargament: raó de l’extensió d’una proveta en longitud inicial. 31 4.2. Desenvolupament de tèxtils tmpresos mitjançant FDM El desenvolupament de tèxtils impresos forma part del procés d’experimentació prèviament descrit. En una primera fase, s’ha dut a terme un estudi preliminar sobre diferents estructures generables mitjançant el mètode de l’infill i modelatge digital, amb la finalitat d'identificar aquelles tipologies estructurals que podrien resultar més rellevants per la seva aplicació en el camp del tèxtil centrat en la indumentària. Per a aquesta finalitat, s’han elaborat un total de deu provetes: cinc utilitzant exclusivament el mètode d’infill, i cinc més que combinen aquest mètode amb superposicions digitals derivades del modelatge 3D. A partir d’aquest conjunt inicial de mostres, s’han seleccionat quatre provetes que, tot i presentar errors o limitacions, són representatives del procés d’aprenentatge i millora. Aquestes mostres han aportat observacions clau que han permès optimitzar les configuracions posteriors emprades en la fase de caracterització (Taula 5). Taula 5: Selecció de quatre mostres amb les seves característiques i observacions Mostra Imatge Descripció Observacions Infill de reixa Infill de reixa de 70% amb altura de capa 0,08 mm Problemes per treure de la placa degut a la seva fragilitat Infill triangular Infill de 30% triangular amb altura de capa 0,8 mm Estructura massa rígida i gruixuda Superposició de capes amb columnes Primera capa d’infill de 15% reixa amb altura de capa 0,8 mm i segona capa dissenyada en SolidWorks opaca amb altura de 0,8 Flexible però poc elàstic 32 Superposició de capes amb corbes Primera capa d’infill lineal al 30% amb altura de capa 0,08 i segona capa dissenyada en SolidWorks opaca amb altura de 0,8mm Les corbes són massa pronunciades i no s’aconsegueix l’efecte d’elasticitat que es desitja En la Figura 21 es pot veure el comportament de la mostra “Superposició de capes amb corbes” un cop s’han optimitzat els paràmetres mencionats en les observacions especificades en la Taula 5. Per un costat presenta molta elasticitat (Figura 21b) en canvi, per l’altre costat és rígid (Figura 21a). Figura 21: Comportament del tèxtil imprès “Superposició de capes amb corbes”: tèxtil en estat neutre (a), tèxtil estirat pel costat dret (b) i tèxtil estirat pel costat esquerre (c) (Font: elaboració pròpia) A partir dels resultats obtinguts, s’ha determinat la importància de diversos factors, en especial de la quantitat de capes que conformen el tèxtil, és a dir, el gruix i la densitat d’infill, ja que aquests paràmetres incideixen directament en la flexibilitat, la resistència mecànica i la capacitat d’adaptació del material al cos humà, així com en l’eficiència del temps i el consum energètic durant la impressió. a b c 33 4.3. Definició del disseny d’experiments El disseny d’experiments consisteix en un primer bloc on s’analitza la influència estructural. En funció dels resultats obtinguts s’han determinat els paràmetres del segon bloc on s’ha analitzat la influència del material. 4.3.1. Bloc I: Influència estructural En el primer bloc d’assaig s’ha avaluat la influència estructural dels tèxtils impresos. A partir del mètode de l’infill s’han seleccionat tres tipologies d’estructures que més semblança visual presenten amb el tul, concretament, l’estructura rectilínia, rusc d’abella i triangular. A cada estructura se li han atribuït paràmetres diferents d’impressió, per complir requisits de flexibilitat, resistència, tacte, etc. (Taula 6). Taula 6: Paràmetres d'impressió de les provetes amb estructura rectilínia, rusc d'abella i triangular Paràmetres Estructura Rectilínia Estructura de Rusc d’Abella Estructura Triangular Diàmetre del broquet (mm) 0,4 0,4 0,4 Velocitat volumètrica (mm3/s) 2-4 2-4 2-4 Flow ratio 1.0 1.0 1.0 Temperatura del broquet (Cº) 220 - 240 220 - 240 220 - 240 Alçada de capa (mm) 0,2 0,2 0,2 Retracció OFF OFF OFF Densitat (%) 40 40 75 Gruix (mm) 0,4 0,4 0,3 Duració (min) 20 60 60 Imatge microscopi 34 Un cop iniciades les proves de caracterització, s’ha constatat que les provetes amb estructures rectilínies i de rusc d’abella no són aptes per ser avaluades amb instruments d’assaig tèxtil convencionals, ja que no presenten un comportament mecànic comparable al d’un teixit tradicional. En canvi, l’estructura triangular ha estat l’única que ha exhibit un comportament més proper al d’un teixit, cosa que permet una aproximació més fiable als paràmetres tèxtils habituals. 4.3.2. Bloc II: Influència del material A conseqüència dels resultats explicats en l’apartat anterior, s’ha vist necessari fer una segona iteració, per la qual cosa s’han repetit els assajos emprant filaments de TPU amb diferents nivells de duresa, amb l’objectiu d’obtenir dades suficients que permetin establir una comparació significativa amb les propietats del tul. A continuació, a la Taula 7, es presenten els paràmetres seleccionats per assolir uns requisits de flexibilitat, resistència i tacte més propers als del tul. Taula 7: Paràmetres d'impressió de les provetes amb estructura triangular amb diferents rigideses de TPU Paràmetres Estructura triangular de TPU 95 A Estructura triangular de TPU 82 A Estructura triangular de TPU 95 A Foamy Diàmetre del broquet (mm) 0,4 0,4 0,4 Velocitat volumètrica (mm3/s) 2-4 1-2 1.5 - 3 Flow ratio 1.0 1.0 - 1.05 1.05 - 1.1 Temperatura del broquet (Cº) 220 - 240 220 - 235 230 - 250 Alçada de capa (mm) 0,2 0,2 0,2 Retracció OFF OFF OFF Densitat (%) 65 70 64 Gruix (mm) 0,3 0,3 0,3 Duració (min) 30 45 45 35 5. Part II: Caracterització de Tèxtils Impresos 5.1. Resultats dels paràmetres etructurals A continuació es poden observar els paràmetres estructurals dels tèxtils impresos en avaluar la influència a l’estructura de l’infill (Taula 8): Taula 8: Paràmetres estructurals de les estructures rectilínies, rusc d'abella i triangular Referència Gramatge (g/𝒎𝟐) Gruix (mm) Estructura Rectilínia 169 0,50 Estructura de Rusc d’Abella 252 0,30 Estructura Triangular 245 0,35 Els paràmetres estructurals obtinguts de les diferents amb estructura triangular de graus de rigideses diferents mostren a continuació (Taula 9): Taula 9: Paràmetres estructurals de les provetes d'estructura triangular Referència Gramatge (g/ 𝒎𝟐 ) Gruix (mm) TPU 95 A 162 0,25 TPU 82 A 170 0,25 TPU 95 A Foamy 171 0,25 Els paràmetres estructurals del tul són els següents (Taula 10): Taula 10: Paràmetres estructurals del tul Referència Gramatge (g/ 𝒎𝟐 ) Gruix (mm) Tul 13 0,15 36 5.2. Resultats dels paràmetres funcionals 5.2.1. Assaig de tracció axial 5.2.1.1. Efecte de l’estructura davant la força màxima A continuació es presenten els resultats obtinguts de la força màxima amb l’assaig de tracció axial, tant en la direcció equivalent a l’ordit com en el de la trama, de l’estructura rectilínia, rusc d’abella i triangular (Taula 11). Taula 11: Resultats a efecte de l’estructura de la força màxima exercida en sentit corresponen a l’ordit i de la trama de les estructures rectilínies, rusc d’abella i triangular de l'assaig de tracció axial Referència Fmax – direcció ordit (N) Fmax – direcció trama (N) Estructura Rectilínia La mostra no s’ha trencat La mostra no s’ha trencat Estructura de Rusc d’Abella La mostra no s’ha trencat La mostra no s’ha trencat Estructura Triangular 23,4 ± 1,1 22,2 ± 0,8 Tul 17,3 ± 4,2 10,2 ± 2,2 Les mostres de tèxtils impresos amb estructura rectilínia (Figura 26a) i de rusc d’abella (Figura 26b) no han mostrat un comportament equiparable al d’un teixit convencional. Durant els assaigs de tracció, les provetes no s’han arribat a trencar tot i aplicar una força de ~ 28,1 N ± 2,6, superior a la f orça que normalment s’exerceix sobre un tèxtil convencional, finalment l’assaig s’ha hagut de parar. L’única mostra que s’ha trencat demostrant un comportament més semblant al del tul ha estat la d’estructura triangular. 5.2.1.2. Efecte del material davant la força màxima A continuació es presenten els resultats obtinguts de la força màxima amb l’assaig de tracció axial, tant en la direcció equivalent a l’ordit com en el de la trama, de l’estructura triangular (Taula 12). Taula 12: Resultats a efecte del material de la de força màxima exercida en sentit corresponent l’ordit i de la trama de l'assaig de tracció Referència Fmax – direcció ordit (N) Fmax – direcció trama (N) TPU 95 A 17,5 ± 0,2 17,9 ± 3,8 TPU 82 A 13,7 ± 1,1 13,3 ± 0,3 TPU 95 A Foamy 14,1 ± 0,5 13,4 ± 2,5 Tul 17,3 ± 4,2 10,2 ± 2,2 37 Els resultats mostrats en la Taula 12, s’han representat gràficament a continuació (Figura 22): Figura 22: Força màxima exercida corresponent al sentit de l’ordit i la trama en l'assaig de tracció a efecte del material 5.2.1.3. Efecte de l’estructura en l’allargament a la força màxima A continuació es presenten els resultats obtinguts de l’allargament a la força màxima amb l’assaig de tracció axial, tant en la direcció equivalent a l’ordit com en el de la trama, de l’estructura rectilínia, rusc d’abella i triangular (Taula 13). Taula 13: Resultats a efecte de l’estructura de l’allargament a la força màxima exercida en sentit corresponent a l’ordit i de la trama de l'assaig de tracció axial Referència Allargament - direcció ordit (%) Allargament – direcció trama (%) Estructura Rectilínia La mostra no s’ha trencat La mostra no s’ha trencat Estructura de Rusc d’Abella La mostra no s’ha trencat La mostra no s’ha trencat Estructura Triangular 136,6 ± 12,3 111,3 ± 9,4 Tul 39,4 ± 6,6 93,1 ± 52,1 Tal com s’ha explicat en l’apartat anterior, les mostres de tèxtils impresos amb estructura rectilínia (Figura 26a) i de rusc d’abella (Figura 26b) no han mostrat un comportament equiparable al d’un teixit convencional, ja que no s’han arribat a trencar. L’allargament ha arribat a un valor de fins a ~ 184,8,6% ± 19,4 abans de parar-se l’assaig. L’única mostra que s’ha trencat demostrant un comportament més semblant al del tul ha estat la d’estructura triangular. 0 5 10 15 20 25 TPU 95 A TPU 82 A TPU 95 A Foamy Tul Força màxima (N) Referència Ordit Trama 38 5.2.1.4. Efecte del material en l’allargament a la força màxima A continuació es presenten els resultats obtinguts de l’allargament a la força màxima obtinguts amb l’assaig de tracció axial, tant en la direcció equivalent a l’ordit com en el de la trama, de l’estructura triangular (Taula 14). Taula 14: Resultats a efecte de l’estructura de l’allargament a la força màxima exercida en sentit corresponent a l’ordit i de la trama de l'assaig de tracció axial Referència Allargament - direcció ordit (%) Allargament – direcció trama (%) TPU 95 A 98,9 ± 10,9 103,2 ± 51,9 TPU 82 A 98,5 ± 30,6 100,9 ± 34,3 TPU 95 A Foamy 61,8 ± 6,8 46,3 ± 11,4 Tul 39,4 ± 6,6 93,1 ± 52,1 Els resultats mostrats en la Taula 14, s’han representat gràficament a continuació (Figura 23): Figura 23: Allargament a la força màxima exercida en sentit corresponent a l’ordit i la trama en l'assaig de tracció a efecte del material 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 TPU 95 A TPU 82 A TPU 95 A Foamy Tul Allargament (%) Referència Ordit Trama 39 5.2.1.5. Patrons de ruptura de tèxtils impresos Tal com es pot observar, que en l’orientació del tramat en la direcció definida com a equivalent a ordit, les mostres van presentar certa tendència a un trencament en angle (Figura 24), mentre que en direcció trama el trencament va ser en direcció transversal (formant un angle de 90º respecte a la direcció d’aplicació de la força) (Figura 25). Figura 24: Trencament en sentit de l'ordit de l'assaig de tracció axial de l’estructura triangular: duresa 95 A (a), duresa 82 A (b) i duresa 95 A Foamy (c) (Font: elaboració pròpia) Figura 25: Trencament en sentit de la trama de l'assaig de tracció axial de l’estructura triangular: duresa 95 A (a), duresa 82 A (b) i duresa 95 A Foamy (c) (Font: elaboració pròpia) Aquest comportament s’explica pel fet que la proveta en direcció de l’ordit està formada per línies de material disposades verticalment al llarg de la mostra. Aquesta disposició provoca que, en trencar-se, l’esquerda es produeixi en un angle, de manera no lineal. Per contra, la proveta en direcció de la trama presenta les línies de material disposades horitzontalment, a b c a b c 40 i en aplicar-hi força als extrems, la fractura es produeix de manera més regular i paral·lela a la direcció de la càrrega, seguint una línia horitzontal. En la següent figura, es pot observar com la proveta d’estructura rectilínia (Figura 26a) i rusc d’abella (Figura 26b) s’han allargat fins al punt en el qual s’ha parat l’assaig. Figura 26: Assaig de resistència a la tracció: estructura rectilínia (a) i estructura de rusc d’abella (b) (Font: elaboració pròpia) 5.2.1.6. Conclusions extretes dels assajos de tracció A l'analitzar els valors de força màxima dels tèxtils impresos entre si, es pot determinar que el TPU amb duresa 95 A presenta major resistència a la tracció, i té un valor en la direcció de l’ordit molt semblant al del tul. Els tèxtils impresos presenten variacions entre la direcció de l’ordit i de la trama d’entre un 2,29% i 9,53%, per contra, el tul presenta una diferència del 41%. Aquesta diferència es deu al fet que els tèxtils impresos estan formats per estructures regulars i homogènies que es repeteixen al llarg de tota la superfície a diferència dels teixits de punt —com en aquest cas el tul—, que mostren una diferència considerable en el comportament mecànic segons si se’ls aplica força en el sentit de l'ordit o de la trama. Aquest fenomen es deu a l'anisotropia 11 pròpia del teixit, provocada per la seva estructura interna i per les tensions generades durant el seu procés de fabricació. En el context d’aquest assaig, en comparar un tèxtil imprès amb el tul, s’observa que, a mesura que es disminueixen la duresa (i, per tant, rigidesa) del filament d’impressió, el comportament esdevé més similar en el sentit de la trama. 11 Anisotropia: propietat de variació de les propietats físiques en ser mesurades des de diferents direccions. a b 47 5.2.4. Assaig de l’angle de recuperació 5.2.4.1. Efecte del material Finalment, les mostres de TPU 95 A, 82 A, 95 A Foamy, junt amb la mostra de comparació, el tul, s’han sotmès a un assaig de l’angle de recuperació o angle de recuperació. Els angles d’arrugat tant en el sentit corresponent a l’ordit com a la trama es mostren en la Taula 20. Taula 20: Resultats experimentals extrets de l’assaig de rigidesa a la flexió. Referència Angle d’arrugat - direcció ordit (º) Angle d’arrugat – direcció trama (º) TPU 95 A 164 ± 4,1 160,5 ± 2,6 TPU 82 A 162,5 ± 3,6 168 ± 6,6 TPU 95 A Foamy 158,5 ± 4,2 157,5 ± 4,3 Tul 146 ± 6,2 154,5 ± 3,4 Els resultats mostrats en la Taula 20 s’han representat gràficament a continuació (Figura 33): Figura 33: Mesures experimentals de l'angle de recuperació 5.2.4.2. Conclusions extretes de l’assaig de l’angle de recuperació Tal com s’observa a la Gràfica 5, no es detecten diferències significatives entre les diferents mostres de tèxtils impresos. Els valors d’angle obtinguts són força oberts, fet que indica una bona capacitat de recuperació davant les arrugues. Això confirma que, en general, es tracta de tèxtils amb una duresa baixa, una característica directament relacionada amb la sensació de comoditat en l’ús. A més, en comparar-los amb el teixit convencional, no s’hi observen variacions substancials, la qual cosa permet concloure que els tèxtils impresos presenten una capacitat de desarrugat molt similar a la del tul. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 TPU 95 A TPU 82 A TPU 95 A Foamy Tul Angle de recuperació (º) Referència Ordit Trama 48 6. Part III: Disseny d’una Peça d’Indumentària amb Tèxtils Impresos El desenvolupament d’aquesta part del procés es pot descriure en les següents fases: - Concepte, inspiració i disseny - Evolució del patronatge del vestit - Impressió d’encaixos - Disseny de les unions - Resultat final 6.1. Concepte, inspiració i disseny El concepte i la inspiració del disseny del vestit s’ha inspirat en la tradició artesanal de l’encaix i del punt de creu per crear una versió digital i tecnològica d’aquesta mestria. Els dissenys de les figures que apareixen en els tèxtils impresos parteixen del Moodboard (Figura 34) que s’ha creat amb el propòsit de servir d’inspiració. El color de filament que s’ha escollit per crear el vestit ha estat el salmó, ja que a part de ser un dels pocs colors càlids de TPU que s’ofereix en el mercat, acompanya el discurs delicat que es vol aconseguir com a resultat. Per altra banda, també s’ha contemplat el component de sostenibilitat durant el disseny del vestit, un dels objectius que s’ha fixat és que fos una peça circular o que seguís els principis de l’eco-disseny. Per aquest motiu, s’ha plantejat en un primer moment fer un vestit d’un sol material (TPU) i amb unions mecàniques (botons de PLA modulars), cosa que permet tot així un fàcil i desmuntatge un òptim reciclat. D’aquesta manera s’atorga a la peça un major valor afegit, ja que es poden emprar els botons com accessoris i intercanviar-los a conveniència. Figura 34: Moodboard pel disseny de les figures d'encaix imprès (Font: elaboració pròpia) 49 6.2. Evolució del patronatge del vestit El patró del vestit s’ha hagut de modificat en diverses ocasions per adaptar-se a diferents desafiaments. La secció següent detalla cada elecció de disseny i la seva evolució. En tots els casos, s’ha hagut de digitalitzar el patró en Rhinoceros. El concepte inicial del vestit s’ha centrat en la faldilla de quart de cercle (Figura 35). No obstant això, durant la fase de prototipat en paper s’ha pogut determinar la dificultat de dividir-lo en seccions menors a l’àrea d’impressió de 25 cm ´ 25 cm. Figura 35: Patró digitalitzat de la primera opció (Font: elaboració pròpia) Per aquest motiu, s’ha definit un segon enfocament, que consisteix a prendre mesures d’un vestit existent, digitalitzar-lo i posteriorment dividir el disseny en seccions separades inferiors a l’àrea d’impressió (Figura 36). Figura 36: Meitat esquerra de patró digitalitzat davanter digitalitzat (Font: elaboració pròpia) 50 Després d’haver recreat el prototip en paper i tela s’ha detectat una manca d’equilibri visual. Per aquest motiu s’han modificat dues de les cintes horitzontals per verticals tal com es pot veure en la Figura 37, on mostra el dibuix del disseny final. Figura 37: Dibuix del vestit amb parts especificades: davant (a) i darrere (b) (Font: elaboració pròpia) A continuació es poden veure el patrons que conformen el vestit. Primerament el patró esquerra davanter. (Figura 38a). El patró de darrere de la part esquerra és pràcticament igual al de davant a excepció dels 12 traus (Figura 38b). També es troba el patró de l’escot esquerre. (Figura 38c). Figura 38: Meitat esquerra del patró digitalitzat dividit per seccions: davant (a) i darrera amb traus (b) escot (c) (Font: elaboració pròpia) a b c 51 6.3. Impressió d’encaixos Cada secció del vestit presenta un disseny diferent, tots ells impresos amb TPU 82 A, un material escollit per les seves excel·lents propietats d’elasticitat i adaptació al cos. A continuació, es mostren els dissenys dels encaixos impresos utilitzats en cada part del vestit, amb la seva descripció corresponent. També es quantifica el nombre de peces necessàries i s’especifica el temps total d’impressió requerit per a cada secció del conjunt (Taula 21). Taula 21: Dissenys dels encaixos del vestit, descripció, nombre de peces i temps total d’impressió de cada part del vestit Part del vestit Disseny de l’encaix Descripció Nombre de peces Temps d’impressió de cada part Tirants El dibuix d’aquest flor té un infill de línia del 60 %. El gruix és de 0,8 mm 24 2 Escot Aquesta secció està dissenyada amb Rhino i feta amb un infill de línies del 35 %. El gruix és de 0,5 mm. 2 4 Cosset La primera capa és un rectangle dissenyat amb Rhino, fet amb un infill de línies del 25 %. El gruix és de 0,8 mm. La segona capa és el dibuix, fet amb un infill rectilini del 75 %. 4 4 Part superior La primera capa és un rectangle dissenyat amb Rhino, fet amb un infill de graella del 45 %. El gruix és de 0,8 mm. La segona capa és el dibuix, fet amb un infill de graella del 15 %, amb una capa de closca inferior i una capa de closca 4 6 52 superior. El gruix també és de 0,8 mm. Faldilla La primera capa és un rectangle dissenyat amb Rhino, fet amb un infill de graella del 20 %. El gruix és de 0,6 mm. La segona capa és el dibuix, fet amb un infill de línies del 60 %. El gruix és de 0,5 mm. 12 15 Part inferior La primera capa és un rectangle dissenyat amb Rhino, fet amb un infill de graella del 80 %. El gruix és de 0,5 mm. La segona capa és el dibuix, fet amb un infill de graella del 80 %. El gruix és de 0,5 mm. 12 6 El temps total dedicat a la impressió del vestit ha estat de 37 hores efectives de funcionament continu de la impressora. Aquest càlcul no inclou el temps addicional destinat al canvi de filament, a l’extracció de les peces del llit d’impressió ni a les tasques logístiques intermèdies necessàries per garantir la continuïtat del procés. 6.4. Disseny de les unions Pel disseny del vestit s’han considerat dos tipus d’unions diferents: per una banda, les diferents seccions del patró que s’uneixen entre si, i per altra banda la del sistema d’obertura i tancament per posar i treure fàcilment el vestit. S’han plantejat quatre mètodes diferents: per fusió, cosit, sistema d’enclavament, i botonat. En la Taula 22 es detalla una anàlisi de cada tipologia de tancament. Taula 22: Avantatges i desavantatges dels mètodes d'unió Mètodes d’unió Avantatges Desavantatges Utilitat que se li ha atribuït Fusió És un mètode efectiu, i s’evita la introducció de nous materials Els resultats són irregulars i irreversibles. A més que es produeixen gasos durant fusió del TPU S’ha utilitzat per unir les flors que conformen els tirants. Cosit És un mètode reproduïble i fàcil d’utilitzar. S’introdueix un material nou que dificulta el reciclat. S’ha utilitzat per unir totes les seccions entre si. Enclavament No s’introdueixen nous materials. Requereix d’un disseny preliminar de l’estructura d’enclavament que s’ha d’incloure en tots els límits de cada secció. No s’ha utilitzat en aquest vestit. 53 Botons És un concepte senzill i fàcil d’emprar. S’han de dissenyar de forma preliminar dels traus. S’ha emprat en la part posterior del vestit per facilitar l’obertura i el tancament. Els botons s’han fet amb PLA perquè siguin més rígids. A partir d’aquesta avaluació de mètodes d’unió s’ha determinat que totes les peces que conformen el vestit s’han unit mitjançant el cosit a través d’una màquina de cosir. En canvi, per donar solució a l’obertura i tancament del vestit s’ha emprès sistema de botonat. Aquest mètode ha estat concebut amb l’objectiu de permetre la modularitat dels botons, de manera que aquests es puguin extreure i intercanviar entre diferents models (Figura 39). Figura 39: Il·lustració dels botons: perfil (a) i planta (b) (Font: elaboració pròpia) Amb aquesta estratègia s’evita la incorporació de nous materials i reforça el compromís amb els principis del disseny circular. A continuació es demostra el funcionament d’aquest sistema de botonat (Figura 40). Figura 40: Sistema de tancament del vestit: sistema de botonat tancat (a), desbotonat d’un botó (b) i retirada completa del botó (c) (Font: elaboració pròpia) a a b b c 54 6.5. Resultat final A continuació es pot veure el resultat final del vestit per davant (Figura 41a) i el darrera (Figura 41b). Figura 41: Vestit realitzat íntegrament amb tèxtil imprès: davant (a) i darrere (b) (Font: elaboració pròpia) El procés d’impressió 3D del vestit ha permès validar la viabilitat de crear una peça d’indumentària funcional mitjançant tecnologia additiva i material flexible. El comportament del vestit és satisfactori pel fet que mostra una estructura flexible, lleugera i adaptada al cos humà (Figura 42 i 43). Generalment, no s’han detectat limitacions relacionades amb la impressió ni amb l’adherència de les peces. De cara a futures iteracions, es podria optimitzar el mètode d’unió per evitar la introducció de nous materials, com el fil en aquest cas, que dificultant el seu reciclatge. Aquest projecte ha permès adquirir una comprensió pràctica de la integració entre disseny digital, impressió 3D i funcionalitat dels tèxtils impresos, obrint noves vies d’experimentació en el camp del disseny tècnic i la innovació en moda. a b 55 Figura 42: Imatge del vestit imprès sobre el cos humà fotografiat per @Monaco__________ Figura 43: Imatge del vestit imprès sobre el cos humà fotografiat per @Monaco__________ 56 7. Anàlisi i Valoració de les Implicacions Ambientals i Socials 7.1. Implicació ambiental A l’hora d’analitzar les implicacions ambientals del projecte, s’ha considerat que aquest té tres fases: una fase de projectació que correspon al desenvolupament d’aquest projecte, una fase d’implementació a la indústria que implicaria la seva fabricació, i una fase de desmantellament que vindria lligada al fi de vida del producte. Quant a la fase de projectació, cal destacar que s’hi troben dos aspectes principals: l’energia consumida i la generació de residus. Pel que fa a la primera, s’ha fet una estimació sobre el consum energètic durant el desenvolupament d’aquest projecte, que és de 18,6 kWh (considerant que el consum elèctric mitjà d’una impressora és 120 watts i ha estat funcionant durant 155 h). Pel que fa a la segona, en aquest projecte, s’ha imprès el necessari per adquirir el coneixement adequat i poder fer els assajos de laboratori per tal d’estalviar material i energia. Totes les mostres creades s’han acabat utilitzant per fer un mostrari, per la qual cosa no hi ha hagut residus. Pel que fa a la fase d’implementació en la indústria del vestit s’hi troben com a pilars fonamentals el consum energètic, la generació de residus i la matèria primera. El consum energètic de les impressores FDM depèn en gran manera de la velocitat i gruix d’impressió, valors que es poden optimitzar en la configuració per reduir el consum energètic (26). En comparació amb un vestit de polièster elaborat de forma convencional cal destacar que aquest passa per molts processos diversos que no només suposen una alta petjada energètica sinó també hídrica, inexistent en el cas del vestit imprès. A diferència d’un vestit convencional, quasi no es generen residus, ja que només s’imprimeix el necessari. En canvi, els processos d’elaboració tèxtil s’acaben generat residu sobretot en la confecció de la peça. Pel que fa al material, avui dia l’únic que presenta propietats flexibles és el TPU, que a pesar de ser una alternativa més ecològica a altres tipus de plàstic (27), e continua trobant majoritàriament com a derivat del petroli. Desafortunadament en l’actualitat hi ha molt poca oferta de filament reciclat o biodegradable en el mercat, però hi ha indicadors que demostren un creixement en l’interès d’aquest tipus d’alternativa sostenible. En la fase de desmantellament o, cosa que és el mateix, al fi de vida del producte, cal destacar que tot i haver dissenyat el vestit de forma circular considerant l’ús d’un sol material amb botons modulars, el fet d’haver emprat el cosit com a mètode d’unió, dificulta el reciclatge industrial. Per tant, el vestit actual té certes limitacions en aquest aspecte, com a solució es podria redissenyar el mètode d’unió per fusió o enclavament els quals no necessiten ningun altre component. El projecte ha tingut en compte les implicacions ambientals al llarg de tot el seu cicle de vida: projectació, implementació i desmantellament. Durant la fase de desenvolupament s’ha optimitzat el consum energètic i no s’han generat residus. A escala industrial, l’ús de la impressió FDM redueix significativament tant la petjada energètica com la generació de residus respecte als processos tèxtils convencionals. Finalment, es proposa revisar el sistema d’unió per facilitar el reciclatge i avançar cap a un disseny més circular.