The working hypothesis for this research project is that it is possible to develop a new functional polymer printing process for the direct application of conductive polymer onto textiles. We will use the basic extrusion technology that is currently applied in 3D printing. Thus the aim is also expanding the knowledge and knowhow base of 3D printing and make this technology applicable for deposition of functional polymers on textiles in such a way that process parameters are clearly understood, and pre-defined final product specifications can be met. Thus the challenge is to apply conductive tracks with a simple one step process that fits the current textile production processes. This means that investigating polymer deposition onto textiles of bio based polymers like PLA, doped with carbon could be a versatile route to achieving economic and sustainable conducting textiles. If the mechanism underlying the bonding of doped PLA with textiles can be controlled for processing then a new route to achieving conductive grids would be opened.Paper written by the Saxion chair Smart Functional Materials and The Unversity of Twente for and accepted by the Autex Conference 2013 (22-24 May 2013, Dresden, Germany).
MULTIFILE
Inkjet printing is a rapidly growing technology for depositing functional materials in the production of organic electronics. Challenges lie among others in the printing of high resolution patterns with high aspect ratio of functional materials to obtain the needed functionality like e.g. conductivity. μPlasma printing is a technology which combines atmospheric plasma treatment with the versatility of digital on demand printing technology to selectively change the wetting behaviour of materials. In earlier research it was shown that with μPlasma printing it is possible to selectively improve the wetting behaviour of functional inks on polymer substrates using atmospheric air plasma. In this investigation we show it is possible to selectively change the substrate wetting behaviour using combinations of different plasmas and patterned printing. For air and nitrogen plasmas, increased wetting of printed materials could be achieved on both polycarbonate and glass substrates. A minimal track width of 320 μm for a 200 μm wide plasma needle was achieved. A combination of N2 with HMDSO plasma increases the contact angle for water up from <100 to 1050 and from 320 to 460 for DEGDMA making the substrate more hydrophobic. Furthermore using N2-plasma in combination with a N2/HMDSO plasma, hydrophobic tracks could be printed with similar minimal track width. Combining both N2 -plasma and N2/HMDSO plasma treatments show promising results to further decrease the track width to even smaller values.
In this article we investigate the change in wetting behavior of inkjet printed materials on either hydrophilic or hydrophobic plasma treated patterns, to determine the minimum obtainable track width using selective patterned μPlasma printing. For Hexamethyl-Disiloxane (HMDSO)/N2 plasma, a decrease in surface energy of approx. 44 mN/m was measured. This resulted in a change in contact angle for water from <10 up to 105 degrees, and from 32 up to 46 degrees for Diethyleneglycol-Dimethaclylate (DEGDMA). For both the nitrogen, air and HMDSO/N2 plasma single pixel wide track widths of approx. 320 μm were measured at a plasma print height of 50 μm. Combining hydrophilic pretreatment of the glass substrate, by UV/Ozone or air μPlasma printing, with hydrophobic HMDSO/N2 plasma, the smallest hydrophilic area found was in the order of 300 μm as well.
3D betonprinten is een techniek met een grote potentie voor de bouwsector . Het in 2018 geëindigde RAAK-mkb KONKREET project, heeft voor lectoraat Industrial Design en de betrokken partners veel inzichten op gebied van 3D betonprinten opgeleverd. (van Beuren & Vrooijink, 2018) Één van deze inzichten is dat door het laagsgewijs opbouwen van het object bij 3D betonprinten het wapenen nog als uitdaging kan worden gezien. Immers als de wapening er al is wanneer de printkop er langs komt zit deze de printkop in de weg, en wanneer deze later aangebracht moet worden kan het beton al zijn uitgehard. Dit ‘wapeningsprobleem’ zorgt ervoor dat wapening uit het printvlak in-situ niet te realiseren is. Binnen het KONKREET project is hiervoor als oplossing een concept met technisch textiel bedacht om te wapenen. Hierbij kan het vormbare textiel tijdens het printproces tegen het oppervlak worden aangedrukt. De partners van dit project, Ter Steege advies & innovatie en Vertico XL printing, willen bewijzen dat door het concept verder uit te werken een belangrijke drempel van het 3D betonprinten kan worden weggenomen. Het doel is om een methode te ontwikkelen om in-situ wapening in de vorm van technisch textiel te realiseren bij 3D geprint beton. Dit vraagt om een creatieve oplossing. Om dit te doen zijn er 6 projectstappen: 1. Belastingseis vaststellen 2. Geschikt textiel selecteren 3. Methode ontwikkelen voor het aanbrengen van textiel 4. Onderzoek naar binding textiel aan het beton 5. Onderzoek naar de mechanische eigenschappen van het nieuwe materiaal 6. Disseminatie van de opgedane kennis. Belangrijk is om hierbij te benoemen dat het om een verkennend onderzoek gaat waarbij onderzocht wordt of het een kansrijke wapeningsmethode kan zijn.
De wereldbevolking groeit van 7 miljard nu naar 9 miljard in 2040. De productiegroei van voedsel loopt hierop flink achter. Uit onderzoek van de FAO in 2011 komt naar voren dat wereldwijd elk jaar 1,3 miljard ton voedsel verloren gaat, ruim een derde van de voedselproductie. Binnen de EU gooien we 20% van het totaal voor de EU inwoners geproduceerde voedsel weg, inclusief het onvermijdbare verlies. Dat komt neer op 173 kg per EU inwoner per jaar. Ongeveer de helft daarvan wordt weggegooid in de productieketen tot en met de supermarkt. Agri-food reststromen zijn te vinden bij de voedselindustrie, boeren, veilingen, supermarkten etc. Die worden momenteel laagwaardig verwerkt in diervoeder, compost, potgrond, vergisting etc. Hoogwaardig verwerken gebeurt zelden, bv via de Voedselbank of de Verspillingsfabriek (soepen etc.). Dit project heeft primair als doel om reststromen vanuit de food industrie hoogwaardig te verwaarden, met 3D food printing als primaire technologie. 3D food printing is in 2006 ontstaan en sinds 2016 in een stroomversnelling gekomen. (Michelin) chefs, chocolatiers, patissiers, fooddesigners en catering hebben deze nieuwe techniek nu omarmd. Vanuit de voedselindustrie is er ook veel belangstelling, met name voor industriële toepassing en voorgevulde cartridges. Daarmee kan het Nespresso businessmodel voor een doorbraak in 3Dfoodprinting zorgen, een goedkope 3Dprinter voor consumenten waarbij verdiend wordt aan de cartridges. Belangrijk dus om toepassingen te vinden die de mogelijkheden van 3D food printing voor verwaarding van reststromen volop benutten.
Recycling of plastics plays an important role to reach a climate neutral industry. To come to a sustainable circular use of materials, it is important that recycled plastics can be used for comparable (or ugraded) applications as their original use. QuinLyte innovated a material that can reach this goal. SmartAgain® is a material that is obtained by recycling of high-barrier multilayer films and which maintains its properties after mechanical recycling. It opens the door for many applications, of which the production of a scoliosis brace is a typical example from the medical field. Scoliosis is a sideways curvature of the spine and wearing an orthopedic brace is the common non-invasive treatment to reduce the likelihood of spinal fusion surgery later. The traditional way to make such brace is inaccurate, messy, time- and money-consuming. Because of its nearly unlimited design freedom, 3D FDM-printing is regarded as the ultimate sustainable technique for producing such brace. From a materials point of view, SmartAgain® has the good fit with the mechanical property requirements of scoliosis braces. However, its fast crystallization rate often plays against the FDM-printing process, for example can cause poor layer-layer adhesion. Only when this problem is solved, a reliable brace which is strong, tough, and light weight could be printed via FDM-printing. Zuyd University of Applied Science has, in close collaboration with Maastricht University, built thorough knowledge on tuning crystallization kinetics with the temperature development during printing, resulting in printed products with improved layer-layer adhesion. Because of this knowledge and experience on developing materials for 3D printing, QuinLyte contacted Zuyd to develop a strategy for printing a wearable scoliosis brace of SmartAgain®. In the future a range of other tailor-made products can be envisioned. Thus, the project is in line with the GoChem-themes: raw materials from recycling, 3D printing and upcycling.
