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faserverstärkt 05.05.08
Nicola Stattmann, Frankfurt
Die Themen Leichtbau und Ökologie werden immer bedeutender für die Produktentwicklung. Aus diesem Grund beschäftigt man sich in Forschung und Wissenschaft intensiv mit der Entwicklung von Werkstoff-Technologie-Kombintationen, die optimale Lösungen darstellen.
Leichtbau _Kriterien und Ansätze aus der Produktentwicklung _High tech Werkstoffe für maximalen Leichtbau
Ökologie _Nachwachsende Rohstoffe + Biotechnologie _Composite-Produkte
Leichtbau + Ökologie
Durch die Entwicklung von neuen Werkstoffen können sich Eigenschaften von Produktenverändern bzw. durch neu definierte Anforderungen an Produkte werden Werkstoffe modifiziertoder entwickelt. Auf der anderen Seite haben intelligente Gestaltungs- undNutzungskonzepte Auswirkung.... auf Produktentwicklung / Konstruktion / Materialauswahl
Wichtige Kriterien für den Leichtbau und die Ökologie sind:
weniger Komponentenweniger Werkzeugeweniger Gewichtweniger Volumenweniger Schadstoffeweniger Abfallweniger Energieverbrauch.... durchintegrierte FunktionenMonomaterial-KonstruktionenMiniaturisierungreversible VerbindungenLeichtbau-Konstruktionen.... und geschlossene Werkstoffzyklen!
Diese Kriterien erlauben andere Sicht- und Denkweisen bezüglich der Zusammenhänge vonFunktion + Form + Technologie + Material + Konstruktion + Inhalt.
Produktbeispiele
Faszination Leichtbau
UPCYCLING von alten Stühlen durch neue “Hüllen” - Konstantin Grcic / Moroso
Gepresstes KorkgranulatHocker und Schalen von Jasper Morrison für VITRA
Produktion ohne Werkzeug und Verschnitt / Stereolithographie / Vogt und Weizenegger
Technologien CAD / CAM _Rapid Prototyping_Rapid Manufacturing
3D Technologien_Herstellung von komplexen Geometrien, Verbindungenund Strukturen in einem Prozessschritt.
Pulvertechnologien_Herstellung von Kleinstbauteilen aus Keramik und Metall......Kombinationen von Material + Technologie beeinflussen die Gestaltung, Form, Konstruktion und Eigenschaften eines Produktes.
Reduzierung von Komponenten / Werkzeugen / Energie / Material / extremis BV
Monomaterial-Lösungen für komplexe Anforderungen / spacer fabrics
Polsterung und Bezug in einem Material bedeutet: weniger Material, Gewicht, Prozessschritte, Kosten, Energie und AbfallPatricia Urquiola / Moroso
Werkstoffe mit integrierten Funktionen und smart materials....wie zum Beispiel Fasern, Textilien, Polymere, Funktionsschichten werden verarbeitet zu Kompositen.... und sind eine ideale Komponenten für Hüllen und Gehäuse mit hohen statischen Ansprüchen.
Funktionsfasern und Funktionstextilien leuchten, leiten Licht, Informationen und Energie, speichern Energie, sind antibakteriell, selbstreinigend, filternd, atmend, selbstregulierend......
Funktionspolymere sind antibakteriell, heilend, magnetisch, leitend, filternd, schützend .....
Materialien besitzen Eigenschaften und Strukturen wie selbst-regenerierend, -wachsend,
-atmend, -regulierend......
Sensoren und Aktoren werden in Halbzeuge oder Werkstoffe integriert.
Diese messen, verändern und manipulieren sich und ihre Umgebung selbständig entsprechend
den umgebenden Bedingungen.
Diese Materialien verlangen nicht die Entwicklung eines optimalen Zustandes, sondern die
Entwicklung verschiedener Phasen, Situationen und Reaktionen.
das Maximal-Minimale
Die Entwicklungen gehen zum Funktions-Gehäuse, einem Produkt bestehend aus möglichst nureiner Komponente in die alle Funktionen integriert sind.
Der Chip wird hochskaliert.
Adaptronik, Polytronik, Sandwichkonstruktionen, Funktionswerkstoffe, aktive Oberflächen....sind nicht nur interessant für elektronische, sensorische, optische, medizinische Anwendungen,sondern können auch neue Ansätze für Autos und Gebäude.
Das Gehäuse, die Hülle, die Konstruktion beinhaltet variable, gedruckte, integrierte, aktivierte ....Funktionen.
gedruckte Elektronik - Polytronik
Gedruckte Antenne
Foliensandwich / OLED + Batteriefolie
ein Armband_Uhr, die Farbe,Display und Ornament wechselt.
die Polymere sind......flexibel/biegbarStrom leitendleuchtend / lichtemitierendEnergie in Wärme umwandelndEnergie speicherndisolierend ......
hergestellt werden können.....DisplaysSchaltungenBimetalleSolarzellenAktoren und Sensoren
Studenten-Projekte Armband_Uhr
Leichtbau - Funktionsintegration - Foliensandwich
Organische Solarzellen
Solarfasern
Funktionsfasern und Funktionstextilien
leuchten, leiten Licht, Informationen und Energie, speichern Energie,sind antibakteriell, selbstreinigend, filternd, atmend, selbstregulierend, aussteifend...... und könntenals zusätzliche Bestandteile in das Chip-Gehäuse integriert werden.
Memory-Metalleleitende SilberfädenKohlefasern
Textile Tastaturen
Komponenten-Reduzierung / Seitenlichtfasern
Ein im ausgeschalteten Zustandschlichtes schwarzes T-Shirtbestehend aus.....
Solarfasern
Akkufasern und leitende Fasern
Chips mit Informationen
..... wird zu einem einfachenÜbersetzungstool miteingewebtem Screen aufDecolté und Arm, das übersetzteTexteabbildet.
Kombinationen aus Technologie + Material
Gebäudehülle
Entwicklung einer gewebten Photovoltaik Null-Energie-Bilanz-Medien-Fassade
transparent und gold-metallisch am Tag
leuchtendes Display in der Nacht
die energieautarke, gewebte Fassade besteht aus:transparenten SolarbändernMetallstäbenstromleitenden FasernGlasfasern
diese sind einzeln auzusteuernund werden zu Pixeln für große Screens
Nachwachsende Rohstoffe
FasernFlachs, Hanf, Sisal, Bananenblätter, Kokosnuss, Bambus, Gras, Kenaf, Abaca, Baumwolle, Mandelschalen....
TextilienFilz, non-woven Textilien, gewebte und gestrickte Textilien, lange und kurze Fasern
PolymereKartoffeln, Getreide, Mais, Zucker, Pflanzenöl ....oder noch immer auf Erdölbasis
werden zu.... Faserverstärkte PolymereGranulate mit und ohne PflanzenfasernKomposit-Werkstoffe ERMÖGLICHEN MAXIMALEN LEICHTBAU
Diese Werkstoffe können tiefgezogen, spritzgegossen, laminiert, extrudiert werden........und vielleicht in Zukunft auch Funktionen integrieren.
Bioverbundwerkstoffe - stabil, leicht und ökologisch - aus Flachs und Leinölwird ein KarosserieteilDie Karosserieteile des Bioconcept-Cars wird ein Flachs-Baumwollgewebe mit Leinölacrylat getränkt.
Während die Flachsfaser für Stabilität sorgt, ist die Baumwolle sehr dehnbar und kann Schläge besser
abdämpfen.
Erst die Verbindung des Gewebes mit der Matrix aus Leinölacrylat sorgt im Harzinjektionsver-fahren für
Stabilität. Mit Erfolg konnte bereits ein Bauarbeiterhelm aus Bioverbund auf den Markt gebracht werden,ein
(wasserfestes!) Kanu steht kurz vor der Markteinführung.
Die Karosserieteile für Smudos Rennwagen sind das aktuellste Produkt der Forschungen.
Bioconcept-Car aus Flachs-Baumwollgewebe und Leinölacrylat
Verbundwerkstoff aus Grünflachs und Bio-HarzenDer Naturfaser-Verbundwerkstoff wurde aus einem Geflecht von Grünflachs mit Harzen aufZuckerrohrbasis entwickelt und ist CO2 neutral und recyclingfähig. Durch die Verwendung dergesamten Pflanze kann auch der härtere Faseranteil technisch genutzt werden.Gegenüber der herkömmlichen Glasfaser weist die Alternative Naturfaser eine Reihe vonVorteilen auf, etwa ein bei gleicher Stabilität geringeres Gewicht, ein geringererEnergieverbrauch bei der Herstellung sowie gute Verarbeitungs- und Crash-Eigenschaften,weil das Material nicht splittert. Projekt der Technischen Universität Chemnitz und der Polytec Interior GmbH
Karottenfaserverstärkte KunststoffeIn einem speziellen Prozess werden kleinste Karottenfasern extrahiert und mit hightechHarzen compoundiert. Aus diesem karottenfaserverstärkten Kunststoff können Bauteile mit einersehr hohen Biegefestigkeit und geringem Gewicht hergestellt werden. Die Karottenfaser kannGlas- und Carbonfasern ersetzen.
Platinen aus Lignin und PflanzenfasernDie Platine besteht zum Großteil aus pflanzlichen Materialien: Aus einer Matrix aus Strohlignin
mit Hanf-Kurzfaser und Baumwollgewebe zur Verstärkung, als Haftvermittler dient Naturharz,
als Flammhemmer expandierbarer Graphit.
WPC erstmals im Produktdesign thematisiert durch Philip Starck anfang der 90er ..... bei Ikea in Serie als Holzersatz seit 2006
Spritzguss mit WPCs Wood-Plastic-Composites (holzfaserverstärkten Kunststoffen)
Extrudiertes Holz / Fasalex / Modifikation von MaterialeigenschaftenHolzabfälle wie Sägespäne oder -mehl bilden bei diesem Kunststoff den Hauptanteil.Als Bindemittel dient herkömmlicher Mais. Die dritte Komponente besteht aus Naturharzenbzw. biolog. abbaubaren Kunststoffen.
Vakuumformen mit 3D FurnierDieses in beinah unsichtbare sehr feine Streifen geschnittene Echtholzfurnier kann zu dreidimensionalen selbsttragenden Bauteilen formverleimt werden. Mit diesem Werkstoff können Formerleimungen aus Holz, die im Vakuumverfahren gepresst werden, erstmals die Anmutung von tiefgezogenen Kunststoffen oder gedrücktenMetallblechen bekommen.
Gepresste Zelluloseplatten Wellboard ist ein Plattenwerkstoff, der formal anTrapezbleche oder Wellkunststoffplatten erinnert. Das aus 100% Zellulose bestehendeTafelmaterial wird mittels Hitze und Druck im Wickelpappenverfahren zu wellenförmigenPlatten gepresst. Dazu werden keine zusätzlichen Klebstoffe verwendet. Die Wellenstruktur,die es in verschiedenen Arten und Abmessungen gibt, verleiht dem Plattenwerkstofforthogonal zur Wellenrichtung eine sehr gute Stabilität. Seit neustem gibt es dieses Materialauch als planes Plattenmaterial, das in einem weiteren Schritt auch zu Formteilen gepresstwerden kann.
Fibre form packages
Instead of using the paper pulp in the paper machine to make sheets here fibre-form-parts are made to avery high precision and with integrated functions, such as fertilizer for plants.These products can be very strong.... and by adding some of the already shown fillers the products couldbe weather-resistant, fire-resistant or integrate electrical circiuts.
geschäumtes HolzAbfälle aus der Möbelindustrie werden feingemahlen und mit Hefepilzen versetzt.Im Ofen wird die Platte oder das Bauteil„gebacken“.Das Material schäumt auf - es ensteht einleichter Holzwerkstoff ohne Zusätze, der sichin Wasser wieder auflösen und ohneQualitätsverlust neu wiederverwenden lässt.
Alginsulat Schaumstoff ist ein EPS-Ersatz auf Algenbasis.Algen sind ein weltweit im Überfluß vorhandener, selbstregenerierender Rohstoff.Bei der Produktion fallen keine Schadstoffe an.Zur Aufschäumung wird nur Luft verwendet. Das fertige Produkt kann nach Gebrauchkompostiert oder mit dem Altpapier recycliert werden.Alginsulat könnte zukünftig EPS substituieren z.B. als Transportverpackung, im Fast-food-Bereich, als Wärmedämmung und in technischen Bereichen wie KFZ-Innenausstattung.
Der thermoplastische Stärkewerkstoff BIOPLAST zeichnet sich durchEigenschaften wie sehr gute Durchlässigkeit für Wasserdampf und gleichzeitig hervorragendeSperreigenschaften gegenüber Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid aus.Der Kunststoff wird aus reinen Lebensmittel-Inhaltsstoffen hergestellt und ist aufgrund seinerZusammensetzung essbar, verdaulich, wasserlöslich und vollständig biologisch abbaubar.Anwendungsgebiete - geschäumte Trays und Schalen für Fastfood-Einweg-Verpackungen,Hamburgerboxen- geschäumte Formteile- wasserlösliche Formteile.
„PET“ ähnlicher Kunststoff
Der auf vollständig auf Mais-Basis hergestellteKunststoff besitzt die gleiche Transparenz unddie gleichen mechanische Eigenschaften wiePET. Darüber hinaus bietet er Geschmacks- undAromaschutz.Er kann mit herkömmlichen Spritzgussmaschinenund in vergleichbarer Geschwindigkeit/Taktzeitenverarbeitet werden.
Polyamid auf RizinusölbasisUltramid Balance ist ein Polyamid, das zu etwa 60 Prozent aus dem nachwachsenden RohstoffSebacinsäure, der aus Rizinusöl gewonnen wird, besteht.Der Kunststoff verfügt über sehr gute Eigenschaften und soll zunehmend in technischenAnwendungen eingesetzt werden. BASF
Ein Schlüsselbestandteil von Sorona® ist ,Bio-PDO‘. Dieses wird in einem patentierten,unternehmenseigenen Fermentationsverfahren aus Maisstärke hergestellt. ,Bio-PDO‘ ist einAustauschstoff für die Petrochemieprodukte 1,3-Propandiol und/oder 1,4-Butandiol. Für dieHerstellung von Hytrel® mit erneuerbaren Rohstoffen kommt ein neues Polyol von DuPont zumEinsatz, das mit ,Bio-PDO‘ hergestellt wird. Beide Hochleistungskunststoffe sollen im viertenQuartal 2007 verfügbar sein.
Schaumstoff aus... SonnenblumenölDer Schaumstoff ist offenporig und kann wie andere Schaumstoffe auch in unterschiedlichenHärten und Porengrößen hergestellt werden. Die Herstellung der jeweiligen Produkte erfolgtdurch Formschäumen oder Zuschnitt aus Blockware.
ralstonia eutropha...produziert PHB - ein Biopolymer, das in allen Lebewesen vorkommt.Viele Bakterien produzieren PHB in großen Mengen als Reservestoff (wie Öl oder Stärke).
PHB ist thermoplastisch verarbeitbar, ungiftig und wird biologisch ohne schädliche Rückstände
abgebaut. Die Granulate können auf allen Kunststoffmaschinen wie die klassischen Werkstoffe auf
Rohölbasis verarbeitet werden.
PHB ist biologisch abbaubar, hat einen Schmelzpunkt von über 130 °C.
Das Biopolymer Polyhydroxybuttersäure (PHB) ist ein aus erneuerbaren Rohstoffen fermentativ
herstellbarer Polyester, mit Eigenschaften ähnlich denen des petrochemisch erzeugten Kunststoffs
Polypropylen. PHB gilt als “schlafender Riese” unter den Biokunststoffen.
BIOKUNSTSTOFF aus landwirtschaftlichen AbfällenBei bisherigen Verfahren wurden aus landwirtschaftlichen Produkten Zucker oder Stärke durchMikroorganismen in einem Bioreaktor in Biokunststoff umgewandelt.Der dabei entstehende Kunststoff ist herkömmlichem Kunststoff teilweise sogar überlegen,allerdings sind die Endprodukte aufgrund der hochpreisigen Rohstoffe zu teuer, um sich amMarkt zu etablieren.Mögliche Ausgangsstoffe für den neuen Biokunststoff aus landwirtschaftlichen Abfällensind Molke (Abfall der Käseproduktion), Zuckerrübenschnitzel und Abfälle aus derSaftproduktion (Äpfel, Birnen etc.).Der Biokunststoff kann je nach Steuerung der Fermentationsbedingungen von hochkristallinbis elastisch hergestellt werden. Das dabei entstehende Granulat ist mit herkömmlichenMaschinen verarbeitbar. Technische Universität Graz Institut für Biotechnologie
Das Bakterium Caulobactercrescentusproduziert einen natürlichen Kleber,der so stark ist, dass er umgerechnetein Gewicht von mehr als einerTonne an einem Ein-Cent-Stückfesthalten könnte.Das Haftorgan ist von einer Schichtaus Polysacchariden überzogen, mitder sich das Bakterium an praktischjede Oberfläche anheften kann.So lassen sich an einer Oberflächeklebende Bakterienzellen selbst miteinem extrem kraftvollenWasserstrahl nicht abspülen. Da derKlebstoff aus Polysaccharidenbesteht, ist er theoretisch biologischabbaubar.
Wasserstoffproduktion durch Grünalgen und SolarenergieEine luftdicht verschlossene Algenkultur im Schwefelmangel-Mmedium. Man erkennt deutlich dieGasbläßchen, die aus reinem H2 bestehen.Eine viel versprechende, kostengünstige und klimaneutrale Produktionsmethode für Wasserstoffstellt die photobiologische Wasserstoff-Produktion durch Mikroalgen dar.Diese mikroskopisch kleinen, pflanzlichen Organismen, die im Boden oder auch im Gartenteichvorkommen, können unter bestimmten Bedingungen die Energie des Sonnenlichts nutzen,um aus Wasser das energiereiche Gas Wasserstoff freizusetzen.
faserverstärkt
thema regalbestehend aus nur einem bauteil
schlau konstruiert mit minimalem gewicht, volumen, materialverbrauchmit integrierten formalen funktionen
aus fasern, textilien vliesen……..
gelegt, genäht, gestrickt, gewoben, geflochten, gehäkelt, geknüpft……..
50cm lang und 20 cm tief!
für bücher, tassen, socken, telefone, lippenstifte……
Fasern und HarzLeichtbaukonstruktion resultierend auseiner Material-Technologie-Kombination,die in die Designgeschichte eingegangenist. Marcel Wanders
montag_konzept1_entwurf_formbau_erster test_regaldienstag_konzept2_entwurf_formbau_vorbereitungen textil_regal2mittwoch_konzept3?_oder weiterentwicklung eines vorhandenen regal-entwurfs
los geht´s!
