Können wir bald schon mit unserer Kleidung bezahlen?

Wir leben und lieben Fast Fashion – aber die Nachteile dessen blenden wir immer stärker aus. Wie unser verstärkter Konsum besonders von Kleidung zu einem globalen Problem geführt und weiterhin führen wird, liegt nahezu auf der Hand: die Herstellung erfolgt oftmals nur unter schlechten, teilweise sogar menschenunwürdigen Arbeitsbedingungen. Wir geben uns mit zunehmender schlechten Qualität zufrieden, die in weiterer Folge auch als umweltschädlich einzustufen ist. Durch ein Forscherteam der chinesischen Universität Zhejiang könnte diese Problematik aber vielleicht bald schon Geschichte sein. Im Zuge ihrer Forschungen hat das Team eine neue Methode für den 3D-Druck von elektronischen Schaltkreisen mit Flüssigmetall-Mikrogelen entwickelt. Was das aber nun konkret für unsere Kleidung bedeutet? Durch diesen Ansatz gelang es den Forschern bereits den zukünftigen Weg für smarte Kleidung aus dem 3D-Drucker zu ebnen und wohlmöglich die gesamte Modewelt nicht nur innovativer, sondern auch nachhaltiger zu gestalten. Mit der Hoffnung, dass wir unserer Kleidung dank 3D-Drucker einen größeren Mehrwert zuschreiben.

Bei der von den chinesischen Forschern entwickelte Methode handelt es sich um einen neuartigen Ansatz, bei dem Flüssigmetall-Mikrotröpfchen eingekapselt werden. Dies geschieht in Mikrogelhüllen, die aus Alginatbasis bestehen. Durch diesen Prozess kann eine eine sogenannte Flüssigmetall-Mikrogel-Tinte (LMM) hergestellt werden, die nicht nur recyclebar, sondern sich auch für den 3D-Druck eignet. Nach eines Statements des Forscher Teams eignet sich die hergestellte Tinte vor allem gut für den Druck von flexibler Elektronik auf verschiedensten Oberflächen, wie beispielsweise auf Kleidung. Und dies konnte auch bereits erfolgreich unter Beweis gestellt werden: bei diesem T-Shirt wurde mittels additiver Fertigung ein NFC-Tag auf die Vorderseite gedruckt. Bei diesem NFC-Tag, auch als Near Field Communication bekannt, handelt es sich um einen Übertragungsstandard zum drahtlosen Austausch von Daten über kurze Distanzen. Bekannt ist ein solcher NFC-Tag besonders bei der Bezahlung durch das Smartphone oder auch sämtlichen Bluetooth-Funktionen. Können wir also vielleicht schon bald mit unserer alltäglichen Kleidung an der Kasse im Supermarkt bezahlen?

Herstellung der LMM-Tinte unter Verwendung durch wässrige Lösung aus Gallium und Natriumalginat (Bild: Universität Zhejiang)

Die Nutzung von flüssigen Metallen

Der Kernpunkt der von den chinesischen Forschern aufgestellten Methode bezieht sich auf die Nutzung von Flüssigmetall. Dieser bezeichnet, wie der Name es schon ansatzweise erahnen lässt, Metalle, die sich in einem flüssigen Zustand wiederfinden. Damit das der Fall ist, muss der Schmelzpunkt in der Nähe der Raumtemperatur liegen. Die wohl am bekanntesten Flüssigmetalle sind Quecksilber (Schmelzpunkt von -38,8 °C) und Gallium (Schmelzpunkt von 29,8 °C), wobei Quecksilber als zu giftig für den alltäglichen Gebrauch und demnach auch für den 3D-Druck gilt. Gallium hingegen kann problemlos verwendet werden – sogar auf der Kleidung. Durch die ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit des Metalls ermöglicht dies somit neue Anwendungen in flexiblen elektronischen Schaltungen, Energiegeräten und sogar elektronischer Haut.

Für die Herstellung der 3D-druckbaren Tinte, musste in erster Linie das Hindernis seiner Anwendungsmöglichkeiten behoben werden: das Problem bei der Verwendung von Gallium liegt in seiner hohen Oberflächenspannung. Das gestaltet es als durchaus schwierig komplexe Muster zu bilden, denn das Metall ballt sich stattdessen oftmals zu Kugeln mit einer geringen Oberflächenenergie zusammen. Das bedeutete für die Forscher aus Zhejiang, dass sie eine Lösung finden mussten, um Gebrauch von dem Metall für den 3D-Druck machen zu können. Sie kombinierten das Gallium mit einer wässrigen Natriumalginatlösung, was dazu führte, dass mit Mikrogel überzogene Flüssigmetalltröpfchen gebildet werden konnten. Diese Mikrogelhüllen dienen somit zu einer verbesserten Druckbarkeit, was die Anwendung durch den 3D-Drucker ermöglichte.

Aktivierung der 3D-gedruckten LMM-Schaltkreise mit ein wenig Dehnung (Bild: Zhejiang Universität)

3D-druckbare Tinte für smarte Kleidung

Nachdem das Team festgestellt hat, dass die Schaltkreise beim ersten Druck nicht wirklich leitfähig und somit nicht funktioniert haben, mussten diese erst aktiviert werden, indem sie leicht gedehnt werden. Dadurch konnten die nichtleitenden Alginatbindungen innerhalb der Tinte erst richtig aufgebrochen werden, was die Leitfähigkeit erst vorantrieb. Die 3D-gedruckten Schaltkreise wiesen viele der für die flexible Elektronik unerlässlichen Eigenschaften auf: hervorragende Leitfähigkeit, signifikante Widerstandsreaktion auf Dehnung mit geringer Hysterese und hohe Beständigkeit gegenüber nicht planbaren Kräften. Für den Test auf eher unkonventionellen Oberflächen wie Stoff, wurde der flexible NFC-Tag auf das T-Shirt gedruckt. In diesem Fall ermöglicht der NFC-Tag die Kommunikation mit dem Smartphone, um automatisch eine Website zu öffnen. Das Ziel, welches das Team mit der Kombination aus der kostengünstigen LMM-Tinte und den einzelnen Vorteilen und Möglichkeiten des 3D-Drucks verfolgt, liegt besonders auf der Herstellung von intelligenter Kleidung. Diese soll auch im Bereich der Gesundheitsüberwachung, taktile Wahrnehmung und Mensch-Computer-Interaktion ihren Gebrauch finden.

Die additiv gefertigte Elektronik findet aber nicht nur im akademischen Bereich großen Anklang, sondern wird auch immer mehr von Industrieunternehmen genutzt. Erst in den vergangenen Monaten sicherte sich das Robotikunternehmen Q5D Technology eine Startfinanzierung im Wert von 2,5 Millionen US-Doller. Damit soll die Entwicklung eines neuen multifunktionalen 3D-Druckers für die Verdrahtung und Elektronik voran getrieben werden.

Was denken Sie von den Möglichkeiten der smarten Kleidung durch den 3D-Drucker? Teilen Sie uns Ihre Meinung mit und kontaktieren Sie uns. Möchten Sie eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach? Registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter und folgen Sie uns auf Facebook und Twitter, um stets auf dem Laufenden zu bleiben! Außerdem sind wir auch auf XING und LinkedIN zu finden.

*Titelbildnachweis: Universität Zhejiang)