Verhalten technischer Textilien effizient simulieren

Technische Textilien: Von der Simulation zum optimierten Produkt.

Foto: Fraunhofer ITWM

Wie lassen sich textile Strukturen schneller entwickeln, präzise charakterisieren und für anspruchsvolle Anwendungen – etwa für Medizin, Sport, Mobilität oder Bau – maßschneidern?

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM zeigt auf der Techtextil in Frankfurt am Main ab dem 21. April 2026, wie seine Softwarelösungen die Textilindustrie mit leistungsfähiger Simulation unterstützen. Ziel ist es, Entwicklungszeiten zu verkürzen, Materialeinsatz zu optimieren und das Verhalten textiler Strukturen bereits virtuell zuverlässig vorherzusagen. Im Fokus stehen die Software-Tools Vispi und Tex-Math (Eigenscheibweise: VISPI und TexMath).

Simulation als Schlüsseltechnik für moderne Textilien

Wie das ITWM ausführt, steht die Textilindustrie unter hohem Innovationsdruck: Unternehmen entwickeln neue Fasern, komplexe Gewebe und hybride Leichtbaustrukturen und bringen sie in immer kürzeren Zyklen zur Marktreife. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Nachhaltigkeit, Ressourceneffizienz und Funktionalität.

Das Fraunhofer ITWM entwickelt nach eigenen Angaben dafür mathematische Modelle, entwirft effiziente Algorithmen und programmiert Softwarelösungen. Damit bilden die Softwarelösungen textile Prozesse und Strukturen vom Mikro- bis zum Bauteilmaßstab virtuell ab. Aufgrund der Kombination aus Simulation, Optimierung und datenbasierter Auswertung können Anwendende Varianten am Computer durchspielen, statt sie ausschließlich in aufwendigen Versuchen zu testen.

„Die industrielle Forschung zur Produkt- und Prozessinnovation stößt auf rein experimenteller Basis oftmals an ihre Grenzen. Die Lösung: virtuelle Simulation.“
Dr. Walter Arne, ITWM

„Mit unseren Software-Tools Vispi und Tex-Math können Entwicklerinnen und Entwickler das Verhalten von Garnen, Geweben oder textilen Verbundstrukturen frühzeitig virtuell analysieren“, erklärt Dr. Walter Arne, der Vispi am Fraunhofer ITWM mitentwickelt. „So ersetzen wir Versuche, die Zeit und Geld kosten und beschleunigen Entwicklungsprozesse.“ Die industrielle Forschung zur Produkt- und Prozessinnovation stößt auf rein experimenteller Basis oftmals an ihre Grenzen. Die Lösung: virtuelle Simulationen.

Vispi: C++-Software zur Simulation von Spinnprozessen

Spinnprozesse sind hochkomplex, führt das ITWM aus, weil zahlreiche Arbeitsschritte in kurzer Zeit ineinandergreifen: Eine geschmolzene oder gelöste Spinnmasse wird durch feine Düsen gepresst, zu Fasern geformt und anschließend in Kaltluft oder einem Spinnbad ausgehärtet.

Vispi bildet diesen Prozess durchgängig virtuell ab, heißt es weiter. Die Software mache sichtbar, wie sich Prozessparameter auf die Fasereigenschaften auswirken, und unterstütze so eine gezielte Optimierung. Gleichzeitig lassen sich sowohl die strömungsdynamische Auslegung des Spinnschachts als auch die Anordnung der Filamente im Spinnpaket untersuchen. Das Tool ist speziell auf industrielle Anwendungen zugeschnitten und hilft dabei, Entwicklungsprozesse effizienter zu gestalten.

Tex-Math: Mathematische Lösungen für anspruchsvolle Textilsimulationen

Während Vispi auf den Spinnprozess zugeschnitten ist, kommt Tex-Math überall dort zum Einsatz, wo physikalische Effekte auf Textilen präzise beschrieben werden müssen, zum Beispiel:

• Mechanisches Verhalten: Nichtlineare Deformationen, Kontakt, Faltenbildung
• Multiphysikalische Prozesse: Kopplung von Mechanik mit Temperatur- oder Strömungsfeldern, zum Beispiel bei Imprägnierung, Trocknung oder Filtration
• Skalenübergreifende Modelle: Verknüpfung von Faser- und Garnmodellierung mit Makro-Eigenschaften von Geweben

Mathematische Modellierung, Simulation und Optimierung verbessern auf diese Weise beispielsweise medizinische Produkte, die viele Menschen benötigen. „Bandagen etwa werden in unterschiedliche Größen und Kompressionsklassen unterteilt und benötigen je nach Krankheitsbild entsprechende Druckverteilung. Wir können mit Tex-Math dabei unterstützen, die Produkte so weiterzuentwickeln, dass sie für möglichst viele Menschen von hohem Nutzen sind“, sagt Dr. Julia Orlik, Teamleiterin „Technische Textilien“ am Fraunhofer ITWM.

Techtextil präsentiert Neuheiten

Auf der Techtextil in Frankfurt am Main ab dem 21. April 2026 präsentiert das Fraunhofer ITWM den Angaben zufolge die Möglichkeiten von Vispi und Tex-Math anhand ausgewählter Anwendungsbeispiele aus der Textilindustrie. Interessierte Fachbesucherinnen und Fachbesucher erwarten am Gemeinschaftstand des Forschungsbereichs Textil der Fraunhofer-Gesellschaft (Halle 12.0, Stand C78) folgende Themen:

• die virtuelle Auslegung textiler Strukturen
• die Kopplung von Simulation und Experiment
• sowie Optionen für gemeinsame Entwicklungs- und Forschungsprojekte

(Quelle: Fraunhofer ITWM)