Die Erfindung betrifft eine Oberflächenstruktur zur Applizierung auf einem biegsamen Substrat mittels FDM-Druck, wobei die Oberflächenstruktur einzelne Lamellen aufweist, die einen Bedeckungsgrad des Substrats zumindest in Teilbereichen regulieren, wobei die Lamellen im Wesentlichen rechteckig ausgestaltet sind, eine Kontaktfläche mit dem Substrat aufweisen und einen Winkel gegenüber dem

Substrat einschließen, ein Verfahren zur Herstellung derselben, sowie die

Verwendung einer solchen Oberflächenstrucktur zum Einsatz bei Textilien, Segeln und Membranen.

Applizierungen von 3D-Druck Gestaltungen gehört zu den neuen Technologien der letzten Zeit. Kombinationen von 3D-Druckobjekten mit anderen Teilen, die mit gängigen Technologien hergestellt wurden, sind von großem Interesse, um Nachteile der reinen 3D-Drucktechnologie zu überwinden. Speziell für das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling) wurden mehrere Versuche unternommen, die

Möglichkeiten solcher Kombinationen von 3D-bedruckten Polymeren mit Substraten wie Textilgeweben oder anderen Faserstrukturen zu testen und die Haftung zwischen dem Substrat und den Druckapplizierungen zu erhöhen. Die Applizierung von 3D-bedruckten Objekten kann die mechanischen Eigenschaften eines Substrats wie einer textilen Oberfläche beeinflussen, wobei 3D-gedruckte Sätze von Lamellen auf Substraten wie Textilgewebe zu dreidimensionalen Verformungen des Substrats und umgekehrt führen können. Anordnungen von festen oder beweglichen Lamellen zum Sicht-, Sonnen-, aber auch zum Witterungsschutz sind seit langem bekannt und haben den Zweck die

Belichtung oder Belüftung des dahinter liegenden Raumes oder der dahinter liegenden Oberfläche zu ermöglichen. Die Anordnung von Lamellen über einer Oberfläche kann jedoch auch den Zweck erfüllen, eine äußeren Kraft wie

beispielsweise Wind auf eine Oberfläche wie beispielsweise Sonnensegel,

Sonnenschirme und Markisen, aber auch die Segel von Wasserfahrzeugen zu minimieren, indem die Lamellen bei zu hoher Windstärke geöffnet werden, um den auftreffenden Luftstrom zumindest teilweise durch die Lamellenöffnungen durchtreten zu lassen oder den Luftstrom ab- oder umzulenken. So können regulierbare Lamellenstrukturen über einer Oberfläche bei Überschreitung einer kritischen Windlast auftretende Sicherheitsgefahren auf ein unbedenkliches Maß reduzieren.

Ferner sind Lamellenstrukturen als Bestandteil von Textilien bekannt, die im

Wesentlichen die Aufgabe haben, einen Körper vor äußeren Einflüssen zu schützen. Die äußeren Einflüsse umfassen Witterungseinflüsse wie die Einwirkung von Wind, Feuchtigkeit und Kälte auf den Körper. Dabei ist insbesondere bei sportlichen Aktivitäten oder auch höheren Außentemperaturen eine gute Wärmeabfuhr der vom Körper produzierten Energie sowie des vom Körper produzierten Schweißes von Bedeutung.

Zur Erzielung eines guten Schutzes gegen Witterungseinflüsse ist es bekannt, Klimamembranen zu verwenden. Bei diesen ist die Möglichkeit geschaffen worden, von außen auf den Körper einwirkenden Wind oder Wasser abzuwehren, gleichzeitig jedoch eine Dampfdurchlässigkeit von innen nach außen zu gewährleisten, um eine Wärmeabfuhr der vom Körper produzierten Energie sowie des Schweißes zu ermöglichen. Als bekannteste Membranen sind hierbei die unter der Bezeichnung "Goretex®" oder "Sympatex®" vertriebenen zu nennen. Die Verwendung der

Klimamembranen bietet zwar grundsätzlich die Möglichkeit, vom Körper produzierte Wärme nach außen abzuführen, dies ist jedoch auf Grund der technischen

Voraussetzungen der Membranen nur bedingt möglich. Insbesondere bei körperlich außerordentlich anstrengenden Betätigungen, wie beispielsweise beim Laufen oder Radfahren sind die bekannten Membranen nur sehr bedingt in der Lage, die vom Körper produzierte Wärme bzw. Feuchtigkeit nach außen abzuführen.

So ist aus der DE 202010000349 U1 eine Verkleidungsanordnung mit mehreren parallel zueinander angeordneten flexiblen Lamellen bekannt, wobei die Lamellen zwei gegenüberliegende Enden mit Drehlagern aufweisen, mit denen diese auf einer Oberfläche gehalten werden. Wenigstens eines der Drehlager ist jeweils

verschiebbar ausgeführt, so dass mit der Verschiebung der Drehlager eine

Verformung der Lamellen erfolgt. Die Verformung der Lamellen führt schließlich dazu, dass die darunterliegende Oberfläche zumindest teilweise freigelegt wird. Ferner ist aus der DE 2617577 A1 eine Blende, insbesondere eine Lamellenblende bekannt, bei der von einer Jalousie durchgelassene Teil des einfallenden Lichts sich nach dem Winkel, den die Ebene der Lamellen mit der Richtung des einfallenden Lichts einschließt, ein Maximum an Licht durchlässt, wenn die Lamellenebene parallel zur Richtung des einfallenden Lichts liegt und ein Minimum, wenn sie dazu senkrecht steht.

Schließlich ist in der US 2016/0219982 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Fußbekleidungsartikels offenbart, der gedruckte Strukturen aufweist, die durch einen dreidimensionalen Drucker auf Schuhartikeln angeordnet werden. Die gedruckten Strukturen werden insbesondere im Bereich von Befestigungsaufnahmen verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher selbstöffnende oder selbstschließende Lamellen auf einer Oberfläche bereitzustellen, die selbstverschließend oder selbstständig eine geöffnete Struktur umfassen und eine selbstregulierende veränderbarer Luft-, Sonnen- und Feuchtigkeitspermeabilität der darunter liegenden Oberfläche

gewährleisten.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 , 9 und 15.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Bedeckungsgrad von Substraten, wie textilen Flächengebilden mittels 3D-Druck geprägter Lamellen, die in einem Winkel zur Oberfläche des Substrats orientiert sind, durch mechanisch-, wärme- oder

lichtinduzierte Beeinflussung zu regulieren. Auf diese Weise lassen sich nicht nur interessante neue Designs schaffen, sondern auch technische Anwendungen ermöglichen, die Teile eines Gewebes von einem luft- und

wasserdampfdurchlässigen Zustand in einen Zustand mit geschlossenen Lamellen umwandeln und umgekehrt.

In einem Zustand mit geschlossenen Lamellen ist das Substrat vor Wind und Regen oder mechanischen Stößen geschützt. Die Applizierung der Lamellen erfolgt über 3D-Druck mittels FDM-Verfahren. Diese Formgebungstechnologie ermöglicht die Konstruktion und Herstellung einer Lamellenstruktur auf einem biegsamen oder krümmbaren Substrat mit einer Mehrzahl flexibler Lamellen, welche mit einer ihrer Kanten parallel zueinander auf ihrer ganzen Länge auf dem Substrat appliziert bzw. befestigt sind, wobei durch Krümmen des Substrates eine geschlossene Fläche und/oder eine geöffnete Struktur der Lamellen gebildet wird, d.h. dass sich der Bedeckungsgrad des Substrats in Abhängigkeit der Einwirkung einer äußeren Kraft auf das Substrat veränderbar ist. Grundsätzlich sind die Lamellen mit einer der Kanten auf einem Substrat aufgedruckt, wobei die Kontaktfläche zur Verbesserung der Haftung zu einem "Fuß" vergrößert sein kann, d.h. eine L- oder T-förmige

Kontaktfläche ausbildet. Die Lamellen können etwas höher als die Abstände zwischen ihnen ausgebildet sein und überlappen insofern leicht, um eine

geschlossene Fläche bilden zu können.

Die Lamellen werden mit Hilfe eines FDM-Druckers so auf der Oberfläche des Substrats appliziert, dass die Lamellen einenends auf ihrer ganzen Länge auf der Oberfläche des Substrats befestigt sind und einen Winkel gegenüber dem Substrat einschließen. Der Winkel den die Lamellen gegenüber dem Substrat einschließen liegt dabei in einem Bereich zwischen 30° und 90° out of plane. Die Lamellen weisen eine durchschnittliche Höhe in einem Bereich von 0.2mm bis 40mm auf. Mit einenends ist vorliegend die dem Substrat zugewandte Seite bzw. Kante der

Lamellen gemeint, die eine Kontaktfläche mit dem Substrat darstellt. Die übrigen Seiten oder Kanten der Lamellen sind mit der Substratoberfläche nicht verbunden und sind insofern kontaktfrei zum Substrat angeordnet. Auch werden die Lamellen abseits der einenends vorhandenen Befestigung auf dem Substrat nicht durch Bänder, Strippen oder Fäden geführt oder gehalten, d.h. die Lamellen sind abseits der Kontaktfläche führungsfrei an dem Substrat angeordnet.

Die Lamellen haben erfindungsgemäß im Wesentlichen eine flächenähnliche, rechteckige Form, wobei im Wesentlichen bedeutet, dass die flächenähnliche, rechteckige Form, Parallelogramm- oder trapezähnlich ausgestaltet und/oder an den Ecken abgerundet sein kann, d.h. die Form ist mit der Einschränkung einer Struktur mit mindestens zwei parallelen Seiten variabel ausgestaltet. Ebenso ist der Winkel mit dem die Lamellen auf dem Substrat appliziert werden variabel, wobei der angelegte Winkel zwischen Lamellenstruktur und Substrat den Bedeckungsgrad des Substrats durch die Lamellenstruktur in Abwesenheit einer äußeren Kraft beeinflusst. Das bedeutet beispielsweise, dass je flacher die Lamellen auf dem Substrat eingeprägt sind, desto stärker ist die Umformung des Substrats und desto größer oder geringer ist dessen Bedeckungsgrad. Es ist in einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands vorgesehen, dass der Bereich der Kontaktfläche der Lamellen zum Substrat zumindest in

Teilbereichen verstärkt ist. Eine Verstärkung der Kontaktfläche oder des Bereichs der Kontaktfläche an den Lamellen kann geboten sein, um einem Materialverschleiß beim Einsatz entgegenzuwirken und eine Funktionserhaltung der Lamellen zu gewährleisten. Wird nämlich durch starke äußere Krafteinwirkung auf das Substrat eine häufige Bewegung der Lamellen hervorgerufen, so wird der Applizierungs- oder Befestigungsbereich stark beansprucht und es kann eine Lockerung oder Loslösung der Lamellen vom Substrat erfolgen oder eine Beschädigung der Lamellen kann eine Funktionsbeeinträchtigung der Oberflächenstruktur nach sich ziehen. Um diese Gefahr zu minimieren kann erfindungsgemäß die Kontaktfläche zwischen Lamelle und Substrat verbreitert werden, beispielsweise indem man beim 3D-Druck zusätzliches Material aus PLA oder TPU für die Lamellen bereitstellt und solches im Bereich der Kontaktfläche auf das Substrat aufträgt. Die so hergestellte

Lamellenstruktur kann insofern ein T-förmiges Aussehen erhalten bzw. die Lamelle kann einenends das Aussehen einer fußartigen Materialverbreiterung annehmen.

Die erfindungsgemäße Oberflächenstruktur weist ferner die Eigenschaft auf, dass der Bedeckungsgrad des Substrats durch die Lamellen regulierbar ist, d.h. dass der Bedeckungsgrad variabel ist. So ist der Bedeckungsgrad abhängig von der

Einwirkung einer äußeren Kraft wie Wind etc., sodass das biegsame Substrat in gedehntem und nicht gedehntem Zustand von den Lamellen zumindest teilweise bedeckt oder unbedeckt bleibt. Welcher Bedeckungsgrad in Abwesenheit einer äußeren Kraft vorliegt, d.h. dass die Lamellen geschlossen sind und eine

geschlossene Oberfläche bilden oder die Lamellen geöffnet sind, d.h. das zumindest Teile der Oberfläche des Substrats unbedeckt belassen werden, richtet sich nach dem Zustand des Substrats beim 3D-Druck.

Wird ein nicht dehnbares Substrat bedruckt, so sind die Lamellen zunächst offen und schließen sich bei Dehnung, wird ein dehnbares Substrat im gedehnten Zustand bedruckt, so sind die Lamellen zunächst geschlossen und öffnen sich bei Dehnung, wird dehnbares Substrat in nicht gedehntem Zustand bedruckt, so sind die Lamellen zunächst geöffnet und schließen sich bei Dehnung. Es ist daher beispielsweise möglich den Öffnungsgrads der Lamellen durch Biegung eines Segels oder

Sonnenschirms zu regulieren, d.h. den Bedeckungsgrad des unter der Lamellenstruktur befindlichen Substrats zu verändern wobei die Biegung des

Substrats durch eine äußere Kraft wie starken Regen, starken Wind oder durch manuelle Biegung beispielsweise durch Quergurte oder Spanngurte gewährleistet werden kann. Ebenso kann ein Öffnen oder Schließen der Lamellen durch wärme- oder lichtinduzierte Verformung des Substrats erfolgen, wie dies insbesondere in der Anwendung als Sonnensegel oder Sonnenschirm möglich ist. Die mit den

erfindungsgemäßen Lamellen versehenen Substrate können leicht bzw. schnell zwischen "Licht und Schatten" und/oder "offen und geschlossen" und/oder "offen und wasserdicht" hin- und herschalten. Auch ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Bereich von Textilien

Lammellenstrukturen auf ein Gewebe appliziert werden, die je nach Krafteinwirkung auf das Gewebe einen Teil der Oberfläche bedecken oder unbedeckt belassen, beispielsweise als Knieschoner bei Arbeitshosen, bei dem die Lamellen vor Beugung des Textils einen Teil der Oberfläche unbedeckt belassen, d.h. geöffnet sind und sich bei Beugung verschließen, um beispielsweise einen Feuchtigkeitseindringen in das Gewebe zu verhindern oder beim Knien auf dem Boden vor mechanischen

Einflüssen zu schützen. Umgekehrt ist auch erfindungsgemäß vorgesehen,

Lamellenstrukturen auf Oberflächen zu applizieren, die vor einer Krafteinwirkung verschlossen sind und sich erst unter Krafteinwirkung öffnen, wie dies beispielsweise bei atmungsaktiven, mit Membranen ausgestalteten Geweben im Sport der Fall ist, da solche Membranen bis dato nur einen vollständigen Kälte- und

Feuchtigkeitsdurchtritt von außen verhindern können.

Ferner wird erfindungsgemäß beansprucht, dass das Material der Lamellen PLA und/oder TPU beinhaltet und auch durch Bewegung der Lamellen die Form und der Bedeckungsgrad des Substrats veränderbar ist. Da eine äußere Krafteinwirkung auf die Lamellenstruktur auch auf das Substrat einwirkt, das mit der Lamellenstruktur verbunden ist, kann durch die Bewegung der Lamellen die Form des Substrats und damit dessen Bedeckungsgrad verändert bzw. reguliert werden. So ist auch möglich die erfindungsgemäße Oberflächenstruktur als "Spoiler" oder Windabweiser beispielsweise für Fahrradbekleidung, Wintersportbekleidung, Skatinganzüge einzusetzen, wobei durch die Körperbewegung oder den Fahrtwind die

Lamellenposition und damit die Aerodynamik verändert wird. Auch ist es möglich Luftströme durch die Lamellen zu lenken und Wirbel zu erzeugen oder zu vermeiden, beispielsweise an textilen Bauten bzw. textilen Dächern oder Wänden. Ebenso wäre es möglich durch die Lamellenformen Inliner in zu reparierenden Röhren zu verwenden oder auch zu Designzwecken Röhrenformen zu entwerfen, die je nach Druckbelastung eine andere Röhrenform annehmen. Experimentelles:

Für die Applizierung der Lamellen wurde für den 3D-Druck ein FDM-Drucker XXLPro verwendet. Alle Drucke wurden mit weichen PLA oder TPU durchgeführt. Die

Extrudertemperatur wird auf einen Temperaturbereich zwischen 200°C und 300°C, insbesondere auf 240°C eingestellt, wobei das Druckbett nicht erwärmt wird. Die Düse hat dabei einen Durchmesser von 0,4 mm und die Schichthöhe liegt in einem Bereich von 0,1 mm und 0,3 mm, insbesondere 0,2 mm.

Als Beispiel für ein Textilgewebe wurde ein Gestrick in Lapique-Struktur aus texturiertem Polyestergarn dtex 150/48/1 unter Verwendung einer

Rundstrickmaschine mit Maschinenlehre E28 und 18 Systemen hergestellt. Zum Bedrucken wurde das gestrickte Gewebe mittels Klebeband auf dem Druckbett fixiert. Die relative Dehnung des gestrickten Gewebes während des Druckens wurde zwischen 0% und 40% variiert.

Es kann festgestellt werden, dass der Einfluss der relativen Dehnung des Gewebes während des Druckvorgangs dergestalt ist, dass je mehr das Gewebe vor dem Applizieren der Lamellen gedehnt wird, umso mehr zieht sich das Gewebe hinterher zusammen. Bei einer relativen Dehnung von 30% führt dies zu einer mittleren Transformation des Gewebes, die es erlaubt, weitere Parameter zu untersuchen. Transformation oder Kontraktion bedeutet vorliegend eine Veränderung der

Oberflächenkontur des Substrats. So wurden Lamellen mit unterschiedlichen Höhen geprägt, wobei durch die Höhe der Lamellen eine Beeinflussung der Transformation, Umformung oder Kontraktion des Gewebes nicht sichtbar ist, sodass selbst bei Einsatz sehr flacher Lamellen ein hoher Grad an Umwandlung erreicht werden kann.

Ebenso beeinflusst die Anzahl der geprägten Lamellen den Grad der Kontraktion nicht, solange sie mit denselben Abständen bedruckt werden. Wenn sich die

Abstände zwischen den Lamellen ändern, hat dies einen signifikanten Einfluss auf die Kontraktion des Gewebes, wobei mit wachsender Distanz zwischen den

Lamellen die Transformation erhöht wird. Ein weiterer Bestimmungsfaktor für die Transformation des Gewebes und somit das Schließen der Lamellenstruktur ist der außeraxiale Winkel zwischen Gewebe und Lamellen, d.h. je flacher die Lamellen eingeprägt sind, desto stärker ist die Umformung des Textils.

Eine Wärmebehandlung während des Druckvorgangs verändert die

Umwandlungsfähigkeit des Systems nicht. Wenn das Druckbett erwärmt wird, während die Lamellen gedruckt werden, wird das Gewebe im langgestreckten Zustand thermofixiert. Wenn das Gewebe aus dem Drucker entfernt wird, kehrt es nicht wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurück und verbiegt sich folglich nicht, wie es normalerweise der Fall wäre. Während die meisten Lamelleneigenschaften, wie der Winkel zum Substrat bzw. zur Textiloberfläche, die resultierende Krümmung des Textils stark beeinflussen, ist die Krümmung aber unabhängig von der Lamellenhöhe. Die relative Dehnung des Textils während des Druckvorgangs sowie die Wärmebehandlung während oder nach dem Druck beeinflussen die Ergebnisse signifikant.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren nochmals eingehend beschrieben:

Figur 1 zeigt eine im FDM-Verfahren gedruckte Oberflächenstruktur 1 , die einzelne Lamellen 2 auf einem auf einem Substrat 3 aufweist. Die Lamellen 2 sind im

Wesentlichen rechteckig ausgebildet und annähernd vertikal auf dem Substrat 3 appliziert und weisen eine parallele Versetzung zueinander auf.

Figur 2a zeigt den variablen Neigungswinkel der Lamellen 2, den diese gegenüber dem Substrat 3 einnehmen können. Figur 2b zeigt die Biegsamkeit und den

Biegeradius der Kontaktfläche 4. Figur 2c zeigt den Abstand der Lamellen 2 zueinander, den diese auf einem Substrat 3 einnehmen können.

Figur 3 zeigt die Anwendung einer lamellenartigen Oberflächenstruktur 1 auf einem Substrat 3 am Beispiel eines Textils in Form einer Applikation auf dem Kniebereich einer Hose ohne Beugung, d.h. in Abwesenheit einer Kraft auf das Textil befinden sich die Lamellen 2 in einem geöffneten Zustand. Bei Beugung des Textils schließen sich die Lamellen 2 und bedecken das Textil als geschlossene Struktur und verhindern einen Feuchtigkeitseintritt ganzflächig. Bezugszeichenliste:

1 Oberflächenstruktur

2 Lamellen

3 Substrat

4 Kontaktfläche