Although direct deposition of polymeric materials onto textiles through 3D printing is a great technique used more and more to develop smart textiles, one of the main challenges is to demonstrate equal or better mechanical resistance, durability and comfort than those of the textile substrates before deposition process. This article focuses on studying the impact of the textile properties and printing platform temperature on the tensile and deformations of non-conductive and conductive poly lactic acid (PLA) filaments deposited onto polyethylene terephthalate (PET) textiles through 3D printing process and optimizing them using theoretical and statistical models. The results demonstrate that the deposition process affects the tensile properties of the printed textile in comparison with the ones of the textiles. The stress and strain at rupture of the first 3D printed PLA layer deposited onto PET textile material reveal to be a combination of those of the printed layer and the PET fabric due to the lower flexibility and diffusion of the polymeric printed track through the textile fabric leading to a weak adhesion at the polymer/textile interface. Besides, printing platform temperature and textile properties influence the tensile and deformation properties of the 3D printed PLA on PET textile significantly. Both, the washing process and the incorporation of conductive fillers into the PLA do not affect the tensile properties of the extruded polymeric materials. The elastic, total and permanent deformations of the 3D-printed PLA on PET fabrics are lower than the ones of the fabric before polymer deposition which demonstrates a better dimensional stability, higher stiffness and lower flexibility of these materials.

3D printing utilized as a direct deposition of conductive polymeric materials onto textiles reveals to be an attractive technique in the development of functional textiles. However, the conductive fillers—filled thermoplastic polymers commonly used in the development of functional textiles through 3D printing technology and most specifically through Fused Deposition Modeling (FDM) process—are not appropriate for textile applications as they are excessively brittle and fragile at room temperature. Indeed, a large amount of fillers is incorporated into the polymers to attain the percolation threshold increasing their viscosity and stiffness. For this reason, this study focuses on enhancing the flexibility, stress and strain at rupture and electrical conductivity of 3D-printed conductive polymer onto textiles by developing various immiscible polymer blends. A phase is composed of a conductive polymer composite (CPC) made of a carbon nanotubes (CNT) and highly structured carbon black (KB)- filled low-density polyethylene (LDPE) and another one of propylene-based elastomer (PBE) blends. Two requirements are essential to create flexible and highly conductive monofilaments for 3D-printed polymers onto textile materials applications. First, the co-continuity of both the thermoplastic and the elastomer phases and the location of the conductive fillers in the thermoplastic phase or at the interface of the two immiscible polymers are necessary to preserve the flexibility of the elastomer while decreasing the global amount of charges in the blends. In the present work based on theoretical models, when using a two-step melt process, the KB and CNT particles are found to be both preferentially located at the LDPE/PBE interface. Moreover, in the case of the two-step extrusion, SEM characterization showed that the KB particles were located in the LDPE while the CNT were mainly at the LDPE/PBE interface and TEM analysis demonstrated that KB and CNT nanoparticles were in LDPE and at the interface. For one-step extrusion, it was found that both KB and CNT are in the PBE and LDPE phases. These selective locations play a key role in extending the co-continuity of the LDPE and PBE phases over a much larger composition range. Therefore, the melt flow index and the electrical conductivity of monofilament, the deformation under compression, the strain and stress and the electrical conductivity of the 3D-printed conducting polymer composite onto textiles were significantly improved with KB and CNT-filled LDPE/PBE blends compared to KB and CNT-filled LDPE separately. The two-step extrusion processed $60\%({\mathrm{LDPE}}_{16.7\%\mathrm{KB}+4.2\%\mathrm{CNT}})/40\mathrm{PBE}$ blends presented the best properties and almost similar to the ones of the textile materials and henceforth, could be a better material for functional textile development through 3D printing onto textiles.

Wear resistance of conductive Poly Lactic Acid monofilament 3D printed onto textiles, through Fused Deposition Modeling (FDM) process and their electrical conductivity after abrasion are important to consider in the development of smart textiles with preserved mechanical and electrical properties. The study aims at investigating the weight loss after abrasion and end point of such materials, understanding the influence of the textile properties and 3D printing process parameters and studying the impact of the abrasion process on the electrical conductivity property of the 3D printed conductive polymers onto textiles. The effects of the 3D printing process and the printing parameters on the structural properties of textiles, such as the thickness of the conductive Poly Lactic Acid (PLA) 3D printed onto polyethylene terephthalate (PET) textile and the average pore sizes of its surface are also investigated. Findings demonstrate that the textile properties, such as the pattern and the process settings, for instance, the printing bed temperature, impact significantly the abrasion resistance of 3D printed conductive Poly Lactic Acid (PLA) onto PET woven textiles. Due to the higher capacity of the surface structure and stronger fiber-to-fiber cohesion, the 3D printed conductive polymer deposited onto textiles through Fused Deposition Modeling process have a higher abrasion resistance and lower weight loss after abrasion compared to the original fabrics. After printing the mean pore size, localized at the surface of the 3D-printed PLA onto PET textiles, is five to eight times smaller than the one of the pores localized at the surface of the PET fabrics prior to 3D printing. Finally, the abrasion process did considerably impact the electrical conductivity of 3D printed conductive PLA onto PET fabric.

In this study, conductive tracks are integrated onto textiles through Fused Deposition Modeling (FDM) process and the correlation between the FDM process parameters such as platform temperature and speed, the textile properties such as porosity, pattern, roughness, density and structure, and the electrical resistance of the smart textiles made of conductive poly lactic acid polymer printed on fabrics is investigated. In addition to study and understand the electrical properties of these conductive materials deposited onto textiles, they are maximized to guarantee their use in smart textiles field. The surface resistance measurements of the materials were carried out using a concentric ring probe technique. Findings are promising and important in the development of functionalized textiles as they demonstrate the feasibility of enhancing the electrical conductivity of textile composite materials through theoretical models based on the experimental data.

L’impression 3D de polymères sur textiles : une approche innovante pour développer des textiles fonctionnels: Cette thèse vise à caractériser des polymères imprimés tridimensionnellement (3D) sur des matériaux textiles PET via une méthode de dépôt de polymère fondu connu sur le nom de Fused Deposition Modeling (FDM) utilisant à la fois des polymères non conducteurs et conducteurs. Les propriétés mécaniques et électriques ont été optimisées par le biais de modèles statistiques et améliorées grâce à des pré et post-traitements ou le développement de mélanges de polymères. Ce travail de recherche apporte de nouveaux résultats sur le développement de textiles techniques par l'impression 3D de polymères fonctionnels. Le procédé FDM a été considéré dans cette thèse pour son fort potentiel en termes de flexibilité, d'efficacité des ressources, de production sur mesure et d'écologie par rapport aux procédés de finition textile conventionnels existants, par exemple, les impressions numériques et sérigraphiques. Le principal enjeu de cette technologie est de garantir des propriétés électriques et mécaniques optimisées (flexion, flexibilité, traction, abrasion, etc.) du polymère imprimé en 3D sur les textiles afin d’être utilisé dans l'industrie textile. Par conséquent, le développement de nouveaux polymères imprimés en 3D sur des matériaux PET avec des propriétés améliorées est nécessaire.Dans un premier temps, de l’'acide polylactique (PLA) non conducteur et du PLA contenant 2.5% de noir de carbone ont été imprimé en 3D sur des tissus en PET. Les polymères conducteurs ont été fabriqués par le procédé d'extrusion à voie fondu. Les propriétés mécaniques, notamment d’adhésion, de traction, de déformation, de résistance au lavage et d’abrasion ont été déterminées. Ensuite, la relation entre les caractéristiques structurelles et thermiques du textile et la température du plateau de l’imprimante 3D et ces propriétés par le biais de modèles statistiques a été déterminée. De plus, différents pré-traitements sur textiles incluant le plasma atmosphérique, le greffage d'acide acrylique et l'application d'adhésifs ont été suggérés pour améliorer les propriétés d’adhésion du PLA imprimé en 3D sur les tissus en PET. Enfin, de nouveaux mélanges biophasiques utilisant du polyéthylène basse densité (LDPE) et un élastomère à base de propylène (PBE) contenant de nanotubes de carbone à parois multiples (CNT) et de noir de carbone à haute structure (KB) ont été développés et fabriqués pour améliorer la flexibilité, le la contrainte et la déformation à la rupture et les propriétés électriques du PLA imprimé en 3D sur le tissu PET. La morphologie, les propriétés thermiques et rhéologiques de chaque mélange sont également determinées afin de comprendre le comportement du matériau et l’amélioration de ses propriétés mécaniques et électriques.Les résultats ont démontré que la structure textile définie par sa densité en trame, son motif et la composition des fils de trame et de chaîne a un impact significatif sur l'adhésion, la déformation, l'abrasion et les propriétés de traction du PLA imprimé en 3D sur les tissus en PET. Des compromis doivent être trouvés car les textiles poreux, rugueux possédant de faible conductivité thermique ont montré de meilleures propriétés de lavage, d’adhésion et de traction et une moins bonne résistance à la déformation et à l'abrasion. Des modèles statistiques entre les propriétés textiles et le PLA imprimé en 3D sur des matériaux PET et les propriétés ont été développés avec succès et utilisés pour les optimiser. L'application d'adhésifs sur des tissus en PET traité avec de l'acide acrylique greffé a considérablement amélioré la résistance d'adhésion. Par ailleurs, les mélanges LDPE / PBE de phases co-continues et contenant du CNT et de KB localisés à l'interface ou dans la phase LDPE a révélé améliorer considérablement la déformation et les propriétés de traction et électriques des imprimés 3D sur textiles.