Biomimesi e tessuto. Interpretazione di strutture naturali per l'applicazione nel tessile

This research focuses on the tridimensionality of fabric as a way to obtain new functionalities. The different kinds of structured tridimensionality exploited in this project were found in nature, through the Biomimesis. Thanks to this method, three structures were chosen according to the interest of the textile manufacturing. In the choice made the function that was considered first is the protection, to be declined in three specific cases of primary importance for functional textiles: protection from heat, protection from cold, protection from strikes. What all three samples of functional fabric have in common is the hexagon: this shape is widely used in nature for its versatility and ease to create watertight surfaces. Once the development of the structure for the samples was clear, a production method was chosen among others together with the best material. In the additive manufacturing field Selective Laser sintering of polymeric powder was chosen as the best production method; the reasons of the choice are the freedom of printing complicated shapes and the porosity of the final model which is particularly recommended for the contact with the skin. The choice of the material was driven by other foundamental requirements for common textiles: flexibility, comfort and hygiene. The material that suited those needs best was Thermoplastic Polyurethane (TPU), which is flexible but soft, limitates bacterial activity, resistent to abrasion and to UV rays. Once the samples were printed the project carried its development with the hypothesis of products for the market built with the same principles: an elbow protection, a hat, and a synthetic functional furcoat. The first two objects were developed virtually and could also be printed; the third and last garment, the synthetic furcoat couldn't be built because of the software limits. In this situation the boundaries of contemporary softwares were examined and hope for the sofware development to pass those limits was set; it is known in the additive manufacturing field how softwares are not that developed yet, while 3D printers could do much more than what they actually carry now. Beside all, the hypothesis of how this garment could look like is to be seen in an existing furcoat made out of laser cut silicone hair. In order to validate the developed fabric samples there weren't made tests, but similar principles applied in different or similar fields were brought as an example for they are already in the market and declared functional. A deeper analysis of the additive manufacturing field led to consider its positive and negative aspects; economically, this sector is continuously growing since its arrival on the market, and it's probably going to continue since the expiry of patents on new technologies and advantages set by the government to invest money on 3D printing and such technologies; this allows popularity and lower and lower prices in the future. Negative aspects of 3D printing exist too: the main one is their slow production rate which makes impossible to use them in the traditional industrial production. on the other hand they allow customizability at very low prices and the material waste is significantly lessened if not canceled; those advantages make 3D printing a good method for medical use, from orthesis to otrhodontics. The reasons why additive manufacturing is impossible to use in the traditional centralized production is also why it could be so advantageous for small and medium sized companies, or even privates, leading to a more distributed web of producers. The research on contemporary tecniques allows to think and hopes, that 3D printing and functional structuring of materials could lead us to create new functionalities for existing materials. Bioinks have been used and are currently being developed in the medical field to print cartilage, transplanted succesfully; another interesting case is the molecular 3D printer, now in use, which can synthesize natural substances for the chemical industry to produce medicines. This research wants to promote the application of these principles with developing technologies and report how the internal structure of textiles could significantly improve its visible and perceivable qualities. This research is meant to be a contribution to the textile industry that doesn't aim to substitute, for now, the existing treatments, but to be an extra support for them. Hopefully more advanced technologies will be developed and the similarity of the man-made project and the nature project will happen not only at a structural level but also at a material level, in order to bring the man-made manufacturing closer to the efficiency and sustainability of nature-made design.

Questo progetto sperimentale si concentra sulla forma tridimensionale del tessuto come mezzo per attribuirvi nuove caratteristiche funzionali. Le diverse forme di tridimensionalità strutturata applicate in questa ricerca sono state individuate tramite la Biomimesi. Con l'ausilio di questo metodo sono state scelte alcune strutture naturali con funzionalità di interesse per il tessile. E' stata messa in primo piano la loro funzione protettiva da declinare in tre casi specifici in cui i tessuti sono chiamati a svolgere tre delle loro funzioni primarie: la protezione dal caldo, la protezione dal freddo e la protezione dagli urti. Il comune denominatore di questi tessuti per il loro sviluppo strutturale concreto è stato l'esagono, forma geometrica ampiamente presente in natura per la sua versatilità e per la sua capacità di creare superifici coese. Dopo aver individuato queste strutture è stata scelta anche quella che oggi appare la miglior tecnica di realizzazione e il migliore materiale da utilizzare. All'interno delle tecnologie di fabbricazione additiva, o stampa 3D, il metodo più adatto si è dimostrato quello della sinterizzazione laser, la stampa di polvere polimerica; questo per la libertà di forme realizzabili oltre che per la porosità del modello finale, particolarmente adatta al contatto con la pelle. La scelta del materiale è stata guidata da altri requisiti fondamentali del tessuto: la flessibilità, il comfort e l'igienicità. A rispondere al meglio a queste esigenze è il Poliuretano Termoplastico (TPU), il quale è un materiale flessibile ma morbido al tatto, capace di limitare l'attività batterica sulla sua superficie, resistente all'abrasione e ai raggi ultravioletti. Dalla stampa dei campioni di tessuto si è passati all'ipotizzare una produzione di oggetti finiti: una gomitiera, un cappello da golf e una pelliccia sintetica performante. I primi due oggetti sono stati realizzati virtualmente e sono stampabili; Il terzo e ultimo capo, la pelliccia sintetica performante, non è stato realizzato a file per limiti del software. In questo frangente si sono esaminati gli ostacoli che verranno auspicabilmente superati dal settore informatico; Infatti è noto nell'industria dell' additive manufacturing come lo sviluppo dei software di modellazione 3D non sia ancora all'altezza dello sviluppo nella produzione di stampanti tridimensionali di alta precisione. Tuttavia è stata avanzata una ipotesi dell' aspetto della pelliccia pensata per questo progetto portando come esempio un capo esistente, in materiale siliconico ma non stampato in 3D. Per avvalorare i principi applicati non sono stati svolti test, ma sono stati individuati prodotti già presenti sul mercato che utilizzano principi in tutto simili o analoghi e che hanno dimostrato la loro funzionalità. L'ulteriore analisi del settore dell'additive manufacturing ne ha messo in luce gli aspetti positivi e negativi; questo tipo di produzione è in continua crescita dal suo ingresso sul mercato e con buona probabilità crescerà ancora, grazie ad incentivi proposti alle aziende dallo stato su investimenti, grazie alla crescita della sua popolarità e all'abbassamento dei prezzi di stampa e stampanti. Gli aspetti negativi della stampa 3D sono relativi: la lentezza di stampa non ne permette l'impiego per produrre in serie, ma dall'altra parte, il taglio drastico dei costi di personalizzabilità nonchè dei materiali di scarto, ne fanno un metodo produttivo adatto ad altri contesti. Questi possono essere, il campo medico, dell'ortopedia, dell'ortodonzia. Per questi motivi, la stampa 3D, non è adatta alla produzione industriale centralizzata tradizionale, ma favorisce piccole e medie aziende, o addirittura privati, che producono in modo più capillare. La ricerca sull'evoluzione delle tecniche presenti oggi, lascia intravedere ed auspica, che la stampa 3D e la strutturazione funzionale di materiali possa permetterci di sottostare sempre meno ai vincoli della materia, e di creare nuove funzionalità per materiali esistenti. Sono per esempio attive tecniche di stampa con bioinchiostri per la riproduzione di tessuti umani non vascolarizzati come cartilagini; altro caso interessante è stato quello della messa in funzione in via sperimentale di una stampante 3D molecolare, in grado di sintetizzare principi di origine naturale per l'industria farmaceutica. Questa ricerca vuole promuovere l'applicazione di questi principi con tecnologie in fase di sviluppo e segnalare come la struttura interna del tessuto ne possa migliorare significativamente anche le qualità visibili e percepibili dall'esterno. Questa ricerca è pensata come un contributo all' industria del tessile e non ambisce a sostituire, per il momento, i finissaggi tradizionali, ma ad esservi di ulteriore supporto. L'auspicio è che si sviluppino tecnologie più avanzate rispetto a quelle esistenti e che l'affinità del progetto con la natura vivente non sia soltanto strutturale ma giunga anche ad essere materica, in modo da avvicinare i prodotti dell'operato dell'uomo all'efficienza e alla sostenibilità propria dell' operato della natura.