compliance

Moriel Blau

April 2019 - April 2019

Universität der Künste Berlin

Was ist es?

„compliance“ ist ein Forschungsprojekt auf dem Gebiet flexibler, einteiliger Mechanismen und erbringt den Nachweis, dass die Aufgabe des traditionell konstruierten Mechanismus’ durch eine flexible und widerstandsfähige Struktur ersetzt werden kann — ein compliant mechanism. Zu diesem Zweck wurden die entworfenen und hergestellten Objekte aus einer monolithischen und kontinuierlichen Geometrie konstruiert.

Was ist das Thema?

Mechanismen, die ihre Bewegung durch die Durchbiegung ihrer flexiblen Elemente ganz oder teilweise erhalten, werden als compliant mechanisms klassifiziert. Diese Unterkategorie der Mechanismen verzichtet auf das traditionelle Gelenkkonzept und verlässt sich dabei auf die Kontrolle des Materials und seine reversible Durchbiegung. Dementsprechend ist die entscheidende Komponente dieser Mechanismen ihre Geometrie. Dies führt zu einer Abhängigkeit von Form und Funktion. Die Gestaltung der Form des compliant mechanism entscheidet allein über die Art und die Qualität seiner Funktion. Entscheidend für das Verhalten dieser Formen ist ihre geometrische Anordnung. Eine durchgehende monolithische Geometrie ergibt sich durch das Auslassen von Gelenken und starren Verbindungen.

Warum sieht es so aus?

Die "compliant mechanisms" bestehen aus einer zusammenhängenden, monolithischen Geometrie, die in einem Herstellungsvorgang gefertigt ist. Diese Mechanismen sind mit einer Monomaterial-Eigenschaft versehen. Die "compliant mechanisms" definieren sich durch ihre Geometrie; die wichtigste und entscheidende Eigenschaft ist jedoch die Flexibilität. Sie verrichten ihre Funkion über die elastische Verformung oder Biegung ihrer flexiblen Segmente. Herkömmliche Mechanismen verteilen die Aufgaben, Lasten zu tragen und Bewegungen zu erzeugen, auf verschiedene Bauteile auf. Bei den "compliant mechanisms" werden sowohl das Lasttragen als auch das Bewegungserzeugen durch eine durchgehende, flexible Geometrie realisiert. Diese Mechanismen sind ebenfalls in der Lage Input-Kräfte in Output-Bewegungen zu übersetzen.

Was ist das Besondere?

Bei den konstruierten Mechanismen sind verschiedene Funktionen in nur einem Element integriert. Dies führt zur Reduktion der Komponentenanzahl. "compliant mechanism" bieten aufgrund der Komponentenreduktion, einer möglichen Materialreduktion und monolithischer Eigenschaften die Möglichkeit einer vereinfachten Herstellung, wie beispielsweise die Herstellung aus einer einzigen Form oder die Verwendung additiver Fertigungsverfahren. Diese Mechanismen bieten weitere signifikante Vorteile gegenüber herkömmlichen Mechanismen, wie zum Beispiel: keine Montage, weniger Verschleiß, hohe Präzision, geringeres Gewicht und geringere Kosten. Ein weiterer Vorteil ist die leichte Miniaturisierung ihrer mechanischen Struktur, die mikro-/nanomechanische Systeme ermöglicht. Einige der gefertigten Mechanismen werden in kompakter Form hergestellt, wodurch sie sich für feinmechanische Gebiete eignen. Das monolithische Wesen dieser Mechanismen führt zu einer Produktion, die an nur einem Ort stattfindet und mit einer Maschine oder einer Technologie realisiert wird. Dadurch wird eine global verteilte Produktion eliminiert, sowie die komplexe Logistik vor der Montage und die Montage selbst. Dies führt zur Verringerung des ökologischen Footprints.

Was ist neu?

Compliance ist der Schlüssel zu leichteren, leiseren, präziseren und effizienteren Mechanismen. Konstruktionen, die aus mehreren Komponenten bestehen, können durch monolithische Konstruktionen ersetzt werden, die die gleiche Funktion erfüllen. "compliant Mechanisms" bieten ein effizientes und wirtschaftliches Design. Eine monolithische Geometrie entsteht durch das Auslassen von Gelenken und starren Verbindungen. Dies reduziert die Komponentenanzahl auf nur eine und stattet sie gleichzeitig mit einer monomaterialischen Eigenschaft aus. Dieses Forschungsprojekt beweist, dass das allgemeine Verständnis der Konstruktion eines Mechanismus und die auszuführende Aufgabe des traditionell konstruierten Mechanismus, durch eine flexible und widerstandsfähige Struktur ersetzt werden kann — ein compliant mechanism.