Tkaniny funkcjonalne

Demonstrator urządzenia monitorującego stan głowicy podczas procesu drukowania

Oprogramowanie wizualizujące stan głowicy drukującej

Osad gromadzący się wokół dysz głowicy drukującej

Efekt zablokowania jednej z dysz głowicy drukującej

Ścieżka elektrycznie przewodząca wydrukowana za pomocą technologii ink-jet (zdjęcie SEM). Widoczna nierównomierność szerokości ma wpływ na jakość przewodzenia

Schemat samo-korygującego układu sterowania z wykorzystaniem dwóch głowic i bocznej stacji monitorującej

Zdjęcie zadrukowanej tkaniny wykonane przy pomocy mikroskopu elektronowego (SEM)

Pomiar kąta zwilżania na pojedynczym włóknie

Adaptacja techniki druku strumieniowego kontrolowanego cyfrowo do wytwarzania tkanin funkcjonalnych stanowi centralne zagadnienie projektu. W szczególności prace skupiały się na zaprojektowaniu materiałów reagujących w zetknięciu z czynnikami środowiskowymi, takimi jak: zmiany temperatury, zmiany wilgotności, pola elektromagnetyczne, zanieczyszczenia biologiczne i inne. Reakcją tkaniny funkcjonalnej na bodziec zewnętrzny może być np.: zmiana barwy, uwolnienie zakumulowanej substancji czy zmiana właściwości elektrycznych.

W projekcie wyróżnione były trzy główne obszary prac:

Projektowanie funkcjonalności tkanin.

Wśród pożądanych funkcji materiałów wynikających z zastosowania substancji aktywnych były funkcje ochronne (odporność na płomień, właściwości antystatyczne, bakteriobójcze), monitorujące (zmiana właściwości takich jak: kolor,  parametry elektryczne w kontakcie z bodźcem zewnętrznym) oraz aktywne (kontrolowane uwalnianie zakumulowanej substancji, np. leków).

Rola firmy SKA Polska w tych pracach polegała na badaniach nad parametrami atramentów i tkanin wpływającymi na proces druku (a więc kluczowymi dla procesu projektowania tkanin funkcjonalnych) oraz na opracowaniu metod pomiarowych najważniejszych z tych parametrów (m. in.: kąta zwilżania pojedynczego włókna przez płyn funkcjonalny).

Technologia nakładania substancji funkcjonalnych

Jako możliwe do zaadaptowania do celów projektu rozpatrywane były technologie Drop-On-Demand (DoD, najpowszechniej występująca w drukarkach biurowych), Continuous Ink Jet (CIJ, rozpowszechniona w przemyśle technologia używana m. in. do nadrukowywania dat przydatności na produktach spożywczych) i JetStream. Adaptacja tych technologii wymagała pogłębienia wiedzy na temat procesu druku cyfrowego, oraz budowa modeli matematycznych opisujących zachodzące podczas niego zjawiska.

SKA Polska brała udział w zaprojektowaniu i wykonaniu prototypu systemu umożliwiającego synchronizację i odpowiednie pozycjonowanie nadruku na tkaninie w przypadku kilku następujących po sobie procesów.

Monitorowanie procesu nadruku

Dostępne głowice do druku technologią InkJet przystosowane są przede wszystkim do atramentów kolorowych i tym samym do określonego zakresu parametrów fizycznych cieczy, takich jak gęstość czy lepkość. Własności płynów funkcjonalnych mogą nie mieścić się w tym zakresie lub znajdować się na jego granicy, sprawiając, że proces drukowania może być niestabilny na przykład na skutek stopniowego lub całkowitego zatykania się dysz drukujących. Ponieważ drukowane substancje często są niewidoczne, nie można kontrolować stanu głowicy przez obserwację zadrukowywanej tkaniny. Konieczny jest zatem system monitorujący samą głowicę drukującą po to ,by układ sterowania mógł wykryć każdy potencjalny spadek jakości drukowanej tkaniny i by w razie potrzeby głowica mogła być automatycznie oczyszczona.

Firma SKA Polska zaprojektowała i przetestowała optyczny system monitorowania on-line (tzn. w czasie pracy) głowicy monitorującej. Oprócz wykrywania pojedynczych zablokowanych dysz, dzięki zastosowaniu zaawansowanych algorytmów przetwarzania danych, system potrafi także oszacować wielkość i prędkość generowanych kropel, a tym samym przewidzieć, kiedy poszczególne dysze mogą przestać funkcjonować.

W projekcie uczestniczyło 28 firm i instytucji naukowych, w tym renomowany belgijski instytut tekstylny oraz znane uczelnie z Anglii, Belgii i Holandii, a także dwie jednostki naukowe i trzy firmy z Polski.