2-3-4D
Kurzbeschreibung
In dieser Masterarbeit wurde ein Sitzelement für den Transport von Babys und Kleinkindern gestaltet. Die Anwendung steht exemplarisch für die Einführungsphase der neuen Technologie 3D-Druck auf Textilien und 4D-Textilien. Das Sitzelement wurde ausgewählt, weil es sich am besten eignet, die Potenziale der Technologie anwendungsbezogen zu erproben.
Was ist das Thema?
2-3-4D 2D gestaltet, 3D gedruckt, 4D verformt. In dieser Arbeit geht es darum, Textilien mittels FDM-Druckverfahren mit Polymeren zu verbinden und ihnen dadurch neue Form und Funktionen zu verleihen. Mittels 3D- und 4D-Druck entsteht ein Hybridmaterial, das seine Eigenschaften nur durch das Zusammenspiel der Materialien erlangt. Bedruckt man ein vorgespanntes Textil, verformt es die 3D-gedruckte Struktur ohne externe Energiezufuhr sobald die Spannung wieder gelöst wird. Da die Formveränderung erst nach dem Fertigungsprozess eintritt, werden diese neuartigen Materialien als 4D-Textilien bezeichnet, abgeleitet vom Begriff des 4D-Drucks. Durch diese Technologie lässt sich eine zunächst planare Geometrie in eine komplexe dreidimensionale Struktur umwandeln. Die Geometrie des Gedruckten spielt somit bei dieser Arbeit eine zentrale Rolle. Im Kern der Arbeit geht es darum, wie aus beobachteten Materialeigenschaften heraus Konzepte entstehen und wie ein freier, experimenteller Gestaltungsprozess Potenziale zum Vorschein bringen kann, die bei einer vorherigen Zielfokussierung vielleicht unerkannt geblieben wären. Solche Prozesse spielen eine besondere Rolle in der Einführungsphase einer Technologie, wie es zur Zeit beim 3D-Druck auf Textilien der Fall ist.
Warum sieht es so aus?
Die Form des Sitzelements ergibt sich aus der gezielten Materialgestaltung, der Wechselwirkung der Materialien sowie der Geometrie des Gedruckten. Ausgehend von einer Reihe freier Experimente, die als Inspiration für den Sitz dienten, wurden die Parameter für Sitzwinkel, 4D-Verformung und Stabilität formuliert. Anschließend wurde das Sitzelement in einem iterativen Gestaltungsprozess entwickelt. Anhand des Materialverhaltens wurden Geometrie und Druckparameter immer wieder angepasst bis die Funktionalität des Sitzelements gegeben war (basierend auf den Erkenntnissen der vorhergehenden Nutzer-Recherche).
Was ist das Besondere?
Das Besondere bei dieser Arbeit ist der Ansatz der material-basierten Gestaltung. Anders als im traditionellen Gestaltungsprozess, wo Materialien oft erst in der Entwicklungsphase selektiert werden, wurde hier das Material an den Anfang des Designprozesses gestellt. Durch das Erkennen besonderer Eigenschaften, die Veränderung von (Druck)-Parametern und das Experimentieren mit gegensätzlichen Materialeigenschaften und -kombinationen entstanden unerwartete funktionale Lösungen. Die Form des Endprodukts wird bei diesem Ansatz direkt durch das Materialverhalten beeinflusst. Material und Technologien werden so zur wesentlichen Inspirationsquelle des Gestaltungsprozesses, der wiederum die Möglichkeiten des Materials erst sichtbar macht. Ein weitere Besonderheit: beim 4D-Druck ist das Objekt nach Beendigung des Herstellungsprozesses noch nicht fertig: erst nachdem es von der Druckplatte entfernt wurde beginnt die Verformung; die zeitliche Dimension wird sichtbar. Aktuell gibt es keine Software, die diese Formveränderung realistisch simulieren kann, da insbesondere die Materialkombinationen zu komplex für entsprechende Berechnungen sind. Um die Formveränderung durch Anpassung von Material und Geometrie steuern zu können, ist ein iterativer Ansatz und viel Ausprobieren notwendig. Das Vorhersehen, wie sich eine minimale Veränderung im Code auf das Materialverhalten auswirken würde, war definitiv eine Besonderheit bei dieser Arbeit.
Was ist neu?
Die Technologie ermöglicht es, die Konstruktion eines Sitzes komplett neu zu denken, da er in einem einfachen und kosteneffizienten 2D-Herstellungsprozess gefertigt werden kann. Dies ist eines der größten Potenziale des 4D-Drucks: Die Herstellung komplexer Objekte wird hierdurch vereinfacht und der Materialeinsatz deutlich verringert. Insbesondere bei Buggys lässt sich gut erkennen, dass Funktionalität und Qualität oft durch komplexe Konstruktionen und aufwendigen Materialeinsatz erreicht werden. Am Beispiel des Kindersitzes zeigt sich, dass dies auch anders erreicht werden kann. Die Kombination von Textil mit 3D-gedrucktem Material ermöglicht außerdem eine völlig neue Formensprache. Die Form des Sitzes wird durch die Wechselwirkung der Materialien erzielt, lediglich die obere Verbindung zum Gestell ist notwendig, um die Rückenlehne in der gewünschten Position zu halten. Anstatt ein Textil als Abdeckung für unbequeme Materialien und aufwendige Mechanik zu verwenden, werden hier die High-Tech-Fähigkeiten des Textils genutzt, um höchsten Komfort (Support und gleichzeitige Anpassung an den Körper) und optimale Klimatisierung zu gewährleisten sowie Gewicht und Platzbedarf einzusparen. Insbesondere im Bereich der Mobilität sind dies wichtige Kriterien. In der Mitte ist der Sitz flexibel. Dadurch ist das Verstellen in die Schlafposition und das Zusammenklappen für den Transport bereits gegeben und keine zusätzliche Konstruktion am Sitz notwendig.