Bild: ITM an der TU Dresden
Am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden entwickelte eine effiziente Stricktechnologie, zur Herstellung von Gestricken mit gezielt integrierten Faltgeometrien, programmierbarer Steifigkeit sowie Selbstaktuation.
Ob in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Bauwesen oder Robotik – geometrisch programmierbare, leichte und definiert verformbare Faltstrukturen besitzen ein enormes Anwendungspotenzial. Diese Faltstrukturen lassen sich auch stricken. Doch aufgrund ihrer Maschenstruktur sind diese sehr instabil. Sowohl die vorgesehenen Faltlinien als auch die angrenzenden Paneelbereiche verformen sich beim Faltvorgang unkontrolliert. Auch sind Formhaltigkeit und Tragfähigkeit faltbarer Textilien vergleichsweise begrenzt, und eine Selbstaktuation fehlt meist. Wird diese nachträglich integriert, erhöht das wiederum Prozesskomplexität und Fertigungszeit.
Bild: ITM an der TU Dresden
Die Lösung: Gestrickte Faltstruktur mit lokaler Steifigkeitsmodulation
Hier setzt die Innovation des ITM an. Sie entwickelten eine mehrlagig gestrickte Faltstruktur mit lokal variablen Steifigkeiten. Dank Monofilamenten in die mittlere Paneellage und gezielter Strukturgestaltung lässt sich die Biegesteifigkeit der Paneele programmierbar einstellen. Mittels Nadelbett-Transfer, das natürliche Einrollen der Strickstruktur gezielt genutzt, um eine flexible Faltlinie mit vorgegebener Biegerichtung zu etablieren und künstliche, pneumatische Muskeln integriert. Starre Paneele, flexible Faltlinien und Aktoren werden in einem integralen Strickprozess gefertigt. Das erhöht die Tragfähigkeit der Faltstruktur und verleiht ihr eine aktive Antriebsfunktion.
Das Forschungsteam hat zudem einen CAE-/simulationsgestützten Entwicklungsprozess entwickelt. Das versetzt Strickereien in die Lage beliebige Faltstrukturen schneller, anschaulicher und effizienter zu herzustellen.
Bild: ITM an der TU Dresden
Künstliche pneumatische Muskeln – direkt strickbar
Zur Aktuierung der faltbaren Strukturen entwickelte das Forschungsteam einen künstlichen, pneumatischen Muskel(PAM), der ohne nachträgliche Montageschritte direkt auf einer Flachstrickmaschine hergestellt werden. Der PAM weist bei einem Durchmesser von lediglich 3 mm eine Kontraktionsrate von bis zu 20 % auf und lässt sich bereits bei einem Betriebsdruck von 100 kPa betreiben.
Für eine verdrehungsfreie Zuführung des PAM wurde der Fadenführer der Strickmaschine konstruktiv angepasst. Die Energieversorgung des PAM erfolgt über eine kompakte 64-g-Luftpumpe, die autark per Powerbank betrieben wird – somit ist das System unabhängig von externer Stromversorgung und portabel einsetzbar.
Das IGF-Vorhaben Aktorierte Gestricke 01IF23421N wurde öffentlich, im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) gefördert. Weiterführende Informationen zum Vorhaben sind am ITM der TU Dresden erhältlich.
Autoren: Fei Sun, Matthias Overberg, Paul Penzel. Kontakt: fei.sun@tu-dresden.de
Bilder: © ITM