evident

Formgedächtnislegierungen im Design

evident beschäftigt sich mit der gezielten und reversiblen Formveränderung auf Materialebene. Die Basis bildet dabei die partielle Verfestigung von dehnbaren Polyamidgestricken via 3D-Druck. Durch die Integration von Formgedächtnisdrähten entstehen so kinetische Modelle, welche die Potenziale zweier Technologien als Symbiose aufzeigen. Diese Technologie schafft eine neue Grundlage für Innovation im Funktions- und Leichtbau.

Als evident werden Dinge bezeichnet, die sich bildlich als unmittelbar einleuchtend erweisen und nicht anzweifelbar sind. Das Adjektiv leitet sich aus dem lat. Verb videre (sehen) ab, dem ebenso das Wort Vision entstammt. 

Viele Dinge scheinen für das Auge im ersten Moment völlig selbstverständlich zu sein. Jeder kennt die Situation, in denen man an etwas auf dem ersten Blick Banalem vorbeiläuft, kurz innehält, wieder einen Schritt zurück geht, den Kopf dreht, und beginnt es genauer zu betrachten. Man hält einen Moment und nimmt sich die Zeit zu verstehen, was das Auge gerade aufnimmt. Von diesem Phänomen und der Faszination darüber, dass manchmal doch nicht alles so klar ist, wie es im ersten Moment scheint, handelt diese Arbeit.

Entstanden ist eine Analyse von Erfolgsprinzipien aus der Natur, die im Laufe des Prozesses in abstrakt-kinetische Konstruktionsmodelle überführt wurden. Wie ihre Vorbilder aus der Natur benötigen auch die kinetischen Modelle Sonnenenergie beziehungsweise eine andere Wärmequelle. Erst dadurch fangen sie an ihre spezifischen Bewegungen auszuführen. Diese Aktion können sie ohne zusätzliche Beeinflussung von außen und somit völlig autark durchführen. Erlischt die Wärmequelle, begeben sich die reversibel agierenden Modelle zurück in ihre Ausgangsposition und fangen bei erneutem Wärmeeinfluss wieder an sich zu bewegen.

Abschließendes Ziel dieser Arbeit ist das Entwickeln abstrakter, vorhersehbarer und reversibler Prinzipien, zur partiellen Verformung definierter Bereich in dehnbaren Gestricken, durch die Unterstützung von Formgedächtnisdrähten. Dies soll neue Möglichkeiten für die Anwendung von FG-Legierungen im Design aufzeigen und zu Innovationen, beispielsweise im Funktions- und Leichtbau, anregen.

Gerade im Bereich des Leichtbaus und der Simplifizierung von komplexen Systemen und Prozessen bieten unterschiedlichste Materialien in Kombination mit Formgedächtnislegierungen ein großes Potential. Durch die Vereinigung von Aktor- und Sensoreigenschaften auf Materialebene gilt das Einbinden von FG-Legierungen als zukunftsweisende Schlüsseltechnologie. So können beispielsweise schon heute vorgespannte Gestricke durch 3D-Druck partiell verfestigt werden. Durch eine anschließende Entspannung des Materials bildet das Gestrick eigenständig Minimalfläche aus und es kommt zu einer zuvor definierten, bleibenden Verformung. 

Durch die zusätzliche Integration von Drähten auf der Basis von Formgedächtnislegierungen ist es möglich, dieses Verhalten bis zu einem gewissen Grad reversibel und aufgrund der aktorisch/-sensorischen Fähigkeiten völlig autark und temperaturabhängig zu wiederholen. Auf Grund des minimalen Einsatzes von Ressourcen und Technologie für die Erfüllung eines Optimums bietet es sich an, Verhaltensweisen aus der Natur zu analysieren und ihre  Funktionsweise zu adaptieren. Entsprechend der jeweiligen Analyseergebnisse kommt es zu einer Abstraktion, welche abschließend in einzelne Funktionsmodelle übertragen wird. 

Material | Technologie

Bei der Kombination aus gespannten Flächen in Verbindung mitDrähten aus einer  Formgedächtnislegierung handelt es sich um eine neue Technologie, welche erst noch nach einem Problem sucht. Wenn Technologie und Problem in Übereinstimmung gebracht werden, könnten ungeahnte Möglichkeiten für Anwendung entstehen, für die es heute noch keine geeigneten Systeme gibt. Durch die Vereinigung von Mechanik, Elektrotechnik, Bionik und Design entsteht ein solch großes Feld für intelligente Systeme, für die es gilt, erste Präzedenzfälle zu generieren. Besonders konzeptuelle Eigenschaften, wie die Unmittelbarkeit, Direktheit in Verbindung mit Vergänglichkeit, schafft zusätzlich ein emotionales Spannungsfeld für die Interaktion mit dem Menschen.

Basismaterialien
Da ein FGL-Aktor immer auch ein System braucht, in dem er agieren kann, wurde nach einer Material-Technologie-Kombination gesucht, mit welcher sich ebenfalls ein Arbeiten auf Materialebene realisieren lässt. Zum Einsatz kommt eine 2-Komponentenlösung aus nahezu 100 % Polyamid (PA). Die Verwendung eines Monomaterials bietet besonders in Bereichen der ressourceneffizienten Nutzung und dem Recycling große Vorteile, auf die ich in der Arbeit jedoch nicht weiter eingehen werde. Für die Umsetzung wird die Technologie des 3D-Drucks verwenden, mit deren Hilfe ein PA-Filament auf ein bidirektional dehnbares Gestrick aufgebracht wird. Durch das anschließende Entspannen des Gestricks entstehen gespannte Minimalfläche, gegen die der später eingebrachte FG-Aktor arbeitet und welche gleichzeitig für die reversible Rückstellung des Systems verantwortlich sind.
Fazit

Grade zwischen Forschung und Entwicklung klafft, durch Unwissenheit auf der einen Seite und der zuvor genannten Aspekte auf der Anderen, eine große Lücke. Doch grade durch diesen auf dem ersten Blick negativ wirkenden Zustand bieten sich vor allem für Designer neue Möglichkeit. Die Forschung beginnt sich zu öffnen und beginnt Designer schon vor der Entwicklung konkreter Produkte mit einzubinden, um auf diesen Weg auch das Interesse in der Industrie zu wecken.

_team:

Marc Wejda

_projekt:

evident – Formgedächtnislegierungen im Design

8. Semester Industriedesign (2018)
Burg Giebichenstein Kunsthochschule Halle

_mentoren:

Burg Giebichenstein:
Prof. Mareike Gast, Enrico Wilde

Volkswagen Design:
Rut Sawodny, Friederike Plock-Girmann

_links: