Textination Newsline

Das vom Self-Assembly Lab entwickelte 4D Strickkleid nutzt mehrere Technologien, um ein individuelles Design und eine maßgeschneiderte Passform zu schaffen und dabei gleichzeitig den Anforderungen an Nachhaltigkeit Rechnung zu tragen.

Bis vor kurzem war eine Maßanfertigung - also Kleidung, die nach den individuellen Wünschen des Kunden angefertigt wurde - die einzige Möglichkeit, Kleidungsstücke zu tragen, die perfekt auf den eigenen Körperbau abgestimmt waren. Für die meisten Menschen sind die Kosten einer Maßanfertigung nicht zu bezahlen. Doch die Erfindung aktiver Fasern und innovativer Strickverfahren verändert die Textilindustrie.

„Wir alle tragen Kleidung und Schuhe“, sagt Sasha MicKinlay, M.A., die kürzlich ihren Abschluss am MIT Department of Architecture gemacht hat. „Das ist ein menschliches Bedürfnis. Aber es gibt auch das menschliche Bedürfnis, sich auszudrücken. Mir gefällt die Idee, Kleidung auf nachhaltige Art und Weise zu personalisieren. Dieses Kleid verspricht sowohl für den Verbraucher als auch für den Hersteller nachhaltiger zu sein als herkömmliche Mode.“

McKinlay ist Textildesignerin und Forscherin am Self-Assembly Lab und hat zusammen mit Ministry of Supply, einem auf Hightech-Bekleidung spezialisierten Modeunternehmen, das 4D Strickkleid entworfen. Das Kleid kombiniert mehrere Technologien, um eine individuelle Passform und einen individuellen Stil zu schaffen. Wärmeaktivierte Garne, computergestütztes Stricken und robotergesteuerte Aktivierung um jedes Kleidungsstück herum sorgen für die modellierte Passform. Ein Team bei Ministry of Supply traf die Entscheidungen über die verwendeten stabilen Garne, die Farbe, die Originalgröße und das Gesamtdesign.

„Jeder Körper ist anders“, sagt Skylar Tibbits, außerordentliche Professorin an der Fakultät für Architektur und Gründerin des Self-Assembly Lab. „Selbst wenn man die gleiche Größe wie eine andere Person trägt, ist man nicht wirklich gleich“.

Aktive Textilien
Die Studenten des Self-Assembly Lab arbeiten seit mehreren Jahren mit dynamischen Textilien. Die von ihnen hergestellten Garne können ihre Form, ihre Eigenschaften, ihre Isolierung oder ihre Atmungsaktivität verändern. Zu den bisherigen Anwendungen für maßgeschneiderte Kleidungsstücke gehören die Herstellung von Pullovern und Gesichtsmasken. Laut Tibbits ist das 4D-Strickkleid ein Höhepunkt all dessen, was die Studenten bei der Arbeit mit aktiven Textilien gelernt haben.

McKinlay half bei der Herstellung der aktiven Garne, entwarf das Konzeptdesign, entwickelte die Stricktechnik und programmierte die industrielle Strickmaschine des Labors. Sobald das Design des Kleidungsstücks in der Maschine programmiert ist, kann sie schnell mehrere Kleider herstellen. Durch die Platzierung der aktiven Garne im Design kann das Kleid eine Vielzahl von Stilen annehmen, wie z. B. Biesen, Falten, eine Empire-Taille oder eine eng anliegende Taille.

„Das Styling ist wichtig“, sagt McKinlay. „Die meisten Leute konzentrieren sich auf die Größe, aber ich denke, das Styling ist das, was die Kleidung auszeichnet. Wir alle entwickeln uns als Menschen weiter, und ich glaube, dass sich auch unser Stil weiterentwickelt. Nach der Passform konzentrieren sich die Menschen auf den persönlichen Stil.

Danny Griffin, Magisterabschluss und derzeit Doktorand in Architekturdesign, hat keinen Hintergrund in der Bekleidungs- oder Modeindustrie. Tibbits bat Griffin, dem Team beizutreten, da er Erfahrung mit Robotikprojekten im Bauwesen hat. Griffin übersetzte den Wärmeaktivierungsprozess in ein programmierbares Roboterverfahren, das die Anwendung präzise steuern konnte.

„Wenn wir Hitze anwenden, verkürzen sich die Fasern, so dass sich das Textil in einem bestimmten Bereich zusammenzieht, wodurch die Form gestrafft wird, als würden wir das Kleidungsstück zuschneiden“, sagt Griffin. „Wir haben viel ausprobiert, um herauszufinden, wie wir den Roboter und die Heißluftpistole ausrichten müssen. Die Hitze muss genau an den richtigen Stellen angesetzt werden, um die Fasern auf jedem Kleidungsstück zu aktivieren. Eine weitere Herausforderung war die Einstellung der Temperatur und des Zeitplans für die Wärmezufuhr.“

„Wir konnten keine handelsübliche Heißluftpistole verwenden, die wie ein tragbarer Haartrockner aussieht, sie ist zu groß“, sagt Griffin. „Wir brauchten ein kompakteres Design. Als wir das herausgefunden hatten, hat es viel Spaß gemacht, das Drehbuch zu schreiben, dem der Roboter folgen sollte.“

Ein Kleid kann zunächst ein bestimmtes Design haben - zum Beispiel Biesen über der Brust - und monatelang getragen werden, bevor es durch erneute Wärmeanwendung verändert wird. Durch anschließende Wärmeanwendungen kann das Kleid weiter angepasst werden.

Mehr als Passform und Fashion
Die effiziente Herstellung von Kleidungsstücken ist laut Gihan Amarasiriwardena, dem Mitbegründer und Präsidenten von Ministry of Supply, eine „große Herausforderung“ in der Modeindustrie.

„Oft muss man raten, was in einer Saison angesagt ist“, sagt er. „Manchmal läuft der Stil nicht gut, oder manche Größen werden nicht verkauft. Sie werden dann stark heruntergesetzt oder landen schließlich auf einer Mülldeponie.“

„Fast Fashion“ ist ein Begriff, der Kleidung beschreibt, die preiswert, trendy und für den Verbraucher leicht zu entsorgen ist. Sie wird schnell entworfen und produziert, um mit den aktuellen Trends Schritt zu halten. Das 4D-Strickkleid, so Tibbits, ist das Gegenteil von Fast Fashion. Im Gegensatz zum traditionellen „Cut-and-Sew“-Verfahren in der Modeindustrie wird das 4D Strickkleid komplett in einem Stück hergestellt, wodurch praktisch kein Abfall anfällt.

„Vom globalen Standpunkt aus betrachtet, gibt es keine tonnenweise überschüssigen Lagerbestände, da das Kleid auf Ihre Größe zugeschnitten ist“, sagt Tibbits.

McKinlay hofft, dass durch den Einsatz dieser neuen Technologie die Lagerbestände, die Einzelhändler normalerweise am Ende jeder Saison haben, reduziert werden können.

„Das Kleid könnte maßgeschneidert werden, um sich an diese Veränderungen von Stil und Geschmack anzupassen“, sagt sie. „Es könnte auch einige der Größenvariationen auffangen, die Einzelhändler auf Lager haben müssen. Anstelle von extrakleinen, kleinen, mittleren, großen und extragroßen Größen könnten die Einzelhändler ein Kleid für die kleineren Größen und eines für die größeren Größen anbieten. Das sind natürlich genau die gleichen Nachhaltigkeitspunkte, die auch dem Verbraucher zugute kommen würden.

Das Self-Assembly Lab arbeitet bereits seit mehreren Jahren mit Ministry of Supply an Projekten zu aktiven Textilien zusammen. Ende letzten Jahres stellte das Team das 4D-Strickkleid im Flagship-Store des Unternehmens in Boston vor, wobei ein Roboterarm vor den Augen der Kundinnen ein Kleid umarbeitete. Für Amarasiriwardena war dies eine Gelegenheit, das Interesse an dem Kleid zu testen und Feedback von Kunden zu erhalten, die es anprobieren wollten.

„Wenn die Nachfrage da ist, können wir so etwas schnell herstellen“, sagt Amarasiriwardena, im Gegensatz zum üblichen Design- und Herstellungsprozess, der Jahre dauern kann.

Griffin und McKinlay waren bei der Vorführung anwesend und mit den Ergebnissen zufrieden. Für Griffin gibt es nach der Überwindung „technischer Hindernisse“ viele verschiedene Möglichkeiten für das Projekt.

„Diese Erfahrung macht mir Lust auf mehr“, sagt er.

Auch McKinlay würde gerne an weiteren Modellen arbeiten.

„Ich hoffe, dass dieses Forschungsprojekt den Menschen hilft, ihre Beziehung zu Kleidung zu überdenken oder neu zu bewerten“, sagt McKinlay. „Wenn man heute ein Kleidungsstück kauft, hat es nur einen ‚Look‘. Aber wie aufregend wäre es, ein einziges Kleidungsstück zu kaufen und es neu zu erfinden, um es zu verändern und weiterzuentwickeln, wenn man sich verändert oder wenn sich die Jahreszeiten oder Stile ändern? Ich hoffe, dass die Leute genau das mitnehmen werden.

Mit einem Luftanteil von bis zu 99,8 Prozent ist Aerogel der leichteste Feststoff der Welt. Das aufgrund seiner optischen und physikalischen Eigenschaften auch als „gefrorener Rauch“ bezeichnete Material hat eine außerordentlich geringe Wärmeleitfähigkeit, die andere Isolierungen um ein Vielfaches übertrifft. Die NASA nutzt Aerogel daher seit vielen Jahren für Raumfahrt-Projekte.

Dennoch war es in der rund 90-jährigen Geschichte des Werkstoffes bisher nicht gelungen, ihn in hoher Konzentration an Textilien zu binden und eine unkomplizierte Weiterverarbeitung zu ermöglichen. Die Outlast Technologies GmbH hat nun ein neuartiges zum Patent angemeldetes Verfahren entwickelt, mit dem sich große Mengen Aerogel dauerhaft an unterschiedliche Träger wie Vliesstoffe, Filze und Verbundmaterialien heften lassen. Deren ursprüngliche Eigenschaften bleiben erhalten, sodass sie sich in herkömmlichen Fertigungsprozessen problemlos weiterverarbeiten lassen.
 
Die unter dem Namen Aersulate vertriebenen Textilien sind nur 1 bis 3 mm dick und erreichen sehr hohe Isolationswerte, die selbst unter Druck und Feuchtigkeit weitestgehend erhalten bleiben. Trotz ihrer hohen Leistungsfähigkeit sind sie weich und bieten sich für Schuhe, Bekleidung und Arbeitsschutzprodukte an, aber auch für Schlafsäcke oder technische Anwendungen.

„Aufgrund der außerordentlichen physikalischen Eigenschaften nutzt die NASA Aerogel bereits seit vielen Jahren“, weiß Volker Schuster, Leiter Forschung und Entwicklung bei Outlast Technologies, „zum Beispiel zur Isolierung bei ihren Mars-Rovern oder zum Einfangen von Staub aus dem Schweif eines Kometen bei der Stardust-Mission.“ Seit der Entwicklung von Aerogel durch den US-amerikanischen Wissenschaftler und Chemieingenieur Samuel Stephens Kistler im Jahr 1931 war es trotz intensiver Forschung allerdings niemandem gelungen, den vielseitigen Werkstoff in größeren Mengen auf Textilien aufzubringen, ohne deren ursprüngliche Eigenschaften zu verändern. Damit waren die Produkte nicht nur häufig sehr starr, sondern machten durch ihren großen Staubabrieb auch eine Verarbeitung in herkömmlichen Produktionsprozessen unmöglich. Mit der neuentwickelten Aersulate-Technologie, die im Juni 2022 erstmals vorgestellt wurde, schlägt der in Heidenheim ansässige Spezialist für textile Thermoregulierung ein anderes Kapitel in der Isolierungs-Geschichte auf.

High-Performance-Isolierung - 1-3 mm dick
„Die Konsistenz von Aerogel lässt sich am besten als flüssige Staubkörner beschreiben, die sich aufgrund ihrer geringen Dichte innerhalb von Sekunden unkontrollierbar im Raum verteilen“, so Schuster. „Daher ist die Verarbeitung eine große Herausforderung.“ Es brauchte eine rund fünfjährige Entwicklungszeit, bis Outlast Technologies das neuartige Verfahren, Aerogel zwischen mehrere Stofflagen einzukleben, zur Marktreife brachte. Je nach Anwendungsbereich können Vliesstoffe, Filze oder unterschiedliche Verbundmaterialien als Träger genutzt werden. Die Eigenschaften der jeweiligen Textilien werden durch die Aersulate-Technologie nicht beeinträchtigt, sodass sie sich – trotz ihrer zugewonnenen thermischen Eigenschaften – problemlos in herkömmlichen Prozessen und unter industriellen Bedingungen weiterverarbeiten lassen.
 
Als Feststoff auf Silicatbasis wird Aerogel aus natürlichem Quarzsand gewonnen, verfügt jedoch über eine 1.000 Mal geringere Dichte als aus demselben Rohstoff hergestellte Gläser. Die außerordentliche Isolierungsleistung verdankt das Material seiner extrem porigen Struktur, die einen Luftanteil von bis zu 99,8 Prozent ermöglicht.
 
„Ein Liter Aerogel wiegt gerade einmal 50 g“, erläutert Schuster. „Schon 10 g davon verfügen allerdings über die Oberfläche eines Fußballfeldes.“ Dank dieser Eigenschaften übertreffen die Aersulate-Textilien bei einer deutlich geringeren Dicke sämtliche bisher bekannte Isolierungsmaterialien in ihrer Performance. So haben Tests der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) mithilfe des Alambeta-Verfahrens ergeben, dass sich der Wärmedurchgangswiderstand eines Aersulate-Vlieses im Vergleich zu einem herkömmlichen Vlies mit identischer Dicke mehr als verdoppelt. Hinzu kommt, dass die Isolierungsleistung von Aersulate-Produkten trotz Druck und Nässe hoch bleibt, während sie bei anderen gebräuchlichen Stoffen wie Filzen oder Polyurethan-Schäumen (PU) unter diesen Bedingungen massiv abnimmt.

Arbeitsschutz und Funktionskleidung mit Aersulate
Dank des textilen Trägers eignen sich die dünnen Aersulate-Produkte besonders für die Schuh- und Bekleidungsindustrie sowie sämtliche Bereiche des Arbeitsschutzes. Je nach Einsatzzweck kommen dem Anwender die unterschiedlichen Eigenschaften zugute: „Mit einem Handschuh aus nur 1 mm dickem Aersulate kann man zum Beispiel problemlos in kochendes Wasser greifen, ohne sich zu verbrühen“, erklärt Schuster. „Hier spielen uns die extrem hydrophoben Eigenschaften wortwörtlich in die Hände.“ Bei dem Kniebesatz von Arbeits- sowie Funktionshosen oder bei Schuhen bzw. -sohlen werden dagegen auch die Materialeigenschaften bei Kompression relevant. Denn die Isolierungsleistung anderer Stoffe würde einerseits durch die Feuchtigkeit – von außen sowie als Schweiß von innen – und andererseits durch die permanente Einwirkung des Körpergewichts nach und nach abnehmen.
          
Abgesehen vom eigenen Körper lassen sich mit Aersulate auch Gepäck oder technische Geräte vor extremen Temperaturen sowie Witterungseinflüssen schützen. Zu diesem Zweck können bspw. entsprechende Handy- oder Equipmenttaschen in Kleidungsstücke eingenäht werden, um die Akkulaufzeit auch bei sehr kalten Außentemperaturen zu erhalten oder die Geräte bei starker Wärmeeinwirkung vor Überhitzen zu bewahren. „Mit der breiten Palette an möglichen textilen Trägermaterialien eignet sich Aersulate für alle Anwendungen, die einerseits eine hohe Isolierungsleistung erfordern, bei denen andererseits aber nur wenig Platz vorhanden und mit Kompression sowie Feuchtigkeit zu rechnen ist“, fasst Schuster die Vorteile zusammen.

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