Die Entwicklung neuartiger Textilen gehorcht bislang meist einem klassischen Muster: Wunscheigenschaften werden definiert und die Stoffproduktion dann so lange modifiziert, bis das erhoffte Ergebnis vorliegt. Dank der neu entwickelten Software TexMath des Fraunhofer ITWM könnte sich das nun ändern. Mit dem Programm wollen die Forscher erreichen, dass bestimmte Eigenschaften beispielsweise eines Kompressionstrumpfs nur noch eingegeben werden müssen. Das Programm errechnet dann idealtypische Möglichkeiten zur Produktion.

Zwischen 40 und 70 Kleidungsstücke. Soviel kauft jeder Deutsche jedes Jahr. Die Bundesbürger sind damit zwar Weltmeister (gemeinsam mit den US-Amerikanern und den Schweizern). Aber auch andere – vornehmlich westliche Länder – stehen diesen Rekorden kaum nach. Aber diese Zahlen zeigen auch, wie bedeutend das Ausgangsmaterial ist, dass in der Bekleidungsindustrie weiterverarbeitet werden: Gespinste, Gewebe, Filze, Vliesstoffe, Nähgewirke und Maschenwaren sind zu einem essentiellen Rohstoff für Gesundheit und Wohlbefinden der Menschen geworden. Und die Menge und Vielfalt dieser Materialien illustriert auch, welche wirtschaftliche Bedeutung eine automatisierte Produktion von Stoffen hat. Dabei geht es jedoch nicht nur um Massenware, die unter zumindest fragwürdigen Bedingungen meist in China oder Indien zu Kleidung vernäht wird, es geht auch um Spezialstoffe und um individuell an spezifische Bedürfnisse angepasste Spezialkleidung, wie sie nach wie vor in Deutschland und Europa hergestellt werden.

Allein durch die Firma BSN-JOBST im nordrhein-westfälischen Emmerich wurden bisher insgesamt rund 9.000 Varianten an Kompressionsstrümpfen entwickelt. »Und es kommen ständig neue Modifikationen und Anpassungen hinzu«, erklärt David Neusius vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Wird zudem beispielsweise das Ausgangsmaterial nur leicht geändert, muss auch das Design eines bereits konzipierten Strumpfes neu bearbeitet werden. Jedes neue Design aber ist mit einem teils hohen Aufwand verbunden. Denn wenn beispielweise ein weiteres Garn genutzt werden soll, der neben dem ‚Grundgarn‘ zur Maschenbildung beigelegt wird, ändern sich die »Konstruktion« und die Herstellung eines Kompressionsstrumpfes. Aber gerade diese Modifikationen sind oft entscheidend: Ein weiterer Garn ist in der Regel stilgebend, weil durch sein Einarbeiten neue und spezifische Eigenschaften eines Kompressionsstrumpfes sozusagen »hereingewebt« werden können.  

Herstellungsprozess optimieren

Forscher am Fraunhofer ITWM entwickeln und testen deshalb eine Software, mit deren Hilfe die Berechnung von jeweils gewünschten Stoffen deutlich erleichtert wird. Das Tool TexMath rollt dabei die Prozesskette sozusagen von hinten auf. »Mit ihm lassen sich gewünschte Web- und Strickprodukte genau berechnen und deren Eigenschaften simulieren«, sagt Neusius. So lasse sich der Maschine Herstellungsprozess individuell optimieren. Beim testweisen Einsatz der Software für das Design von Kompressionsstrümpfen beim Partnerunternehmen BSN-JOBST habe sich die Entwicklungszeit um rund die Hälfte reduziert. Letztendlich – so Neusius – wollen wir die Möglichkeit geschaffen werden, patientenspezifische Strümpfe am Rechner auszulegen. Zudem sollen weitere Probeeinsätze auch für andere Textilbereiche und Unternehmen folgen. Auch sie sollen das hohe Optimierungspotenzial von TexMath unterstreichen.

Modularer Aufbau

Konzipiert ist TexMath nicht als eine in sich geschlossene Software, sondern eher als Baukasten, bei dem die Module je nach Einsatzbereich genutzt werden können. »Mit dem Modul FiberFEM beispielsweise lassen sich effektive mechanische Eigenschaften aus der periodischen Textilstruktur berechnen, die voran mit dem von uns entwickelten Strukturgenerator MeshUp erstellt wurden«, sagt Neusius. »Und mit dem Modul FIFST können wir sowohl spezielle textile Fertigungsprozesse wie beispielsweise das Stricken als auch Belastungen wie etwa das Dehnen von textilen Strukturen berechnen.« Zusätzlich haben die Module nicht nur Schnittstellen zueinander, sondern auch zu der ebenfalls am Fraunhofer ITWM entwickelten Berechnungssoftware Geodict und FeelMath. Geodict kann strömungsmechanische Simulationen durchführen, um beispielsweise die Durchlässigkeit von Stoffen in Abhängigkeit von ihrem Dehnungszustand zu bestimmen. Und mit Hilfe von FeelMath können dreidimensionale mechanische Simulationen zu Festigkeit und Lebensdauer von Nahtstellen durchgeführt werden. »Noch stecken wir im Vergleich zu unseren Zielen im Anfangsstadion«, erklärt Neusius. »Aber weil wir TexMath und andere Software zur Textilproduktion ständig weiterentwickeln, dürften zumindest bei anspruchsvolleren Materialien die Vorteile unserer Simulation so groß sein, dass die Industrie künftig auf längere Versuchsreihen vor Ort verzichten kann.« (aku)

 

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  • Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
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