[Translate to English:] Fachlicher Austausch: erfolgreiche Konferenz über smarte Materialien im Red Dot Design Museum
Am Mittwoch, den 18. November 2015 trafen sich im Red Dot Design Museum Essen Material- und Prozessentwickler sowie -anwender zum fachlichen Austausch. Die Konferenz „Smart Materials for future Design“ bot über 100 Vertretern aus Forschung, Industrie und Design ein abwechslungsreiches Programm, zu dem 16 Referenten beitrugen. Sie stellten in inspirierenden Vorträgen die Bedeutung von smarten Materialien als Innovationstreiber im Design heraus und gaben Einblick in aktuelle Forschungsergebnisse, smarte Werkstoffe, generative Technologien und damit einhergehende Potenziale.
Prof. Dr. Peter Zec, Initiator und CEO des Red Dot Design Awards, begrüßte die Teilnehmer der interdisziplinären Veranstaltung und bedankte sich bei den Red Dot-Juroren Martin Beeh und Dr. Sascha Peters, die sowohl den Anstoß für die Konferenz geliefert als auch die Redner über ihre Netzwerke zusammengestellt hatten. Zec wies auf die Bedeutung von Materialinnovationen in den verschiedenen Branchen hin und hob hervor, dass die großen Trends in der heutigen Materialforschung erst Neuheiten in der Welt des Designs ermöglichen. Moderiert wurde die Ganztageskonferenz von Achim Zolke, Head of Communications des Red Dot Awards.
Unter dem Titel „Die Sprache der Dinge: Design zwischen Materialität und Kommunikation“ führte Burkhard Jacob in das Thema der Konferenz ein. „Every object tells a story, if you know how to read it”, so ein Zitat von Henry Ford. Am Beispiel von Red Dot-prämierten Exponaten stellte der Leiter des Red Dot Institutes Produkte vor, die sich am Vorbild der Natur orientieren und ihre ganz eigene Geschichte erzählen. Er beleuchtete zudem Themen und Trends, die in den vergangenen Jahren im Red Dot Design Award zu beobachten waren, darunter Leichtbaukonstruktionen, Additive Manufacturing, Carbonfasern, Silikone, ABS-Kunststoff und vieles mehr. „Die Sprache der Dinge beginnt, wo die menschliche Sprache endet“, so Jacob. Sie äußert sich im Design, das sich in den Mittelpunkt der Schnittstellen von Material, Technik, Gebrauch und Ästhetik setzt. Zudem hob Jacob hervor, dass Material auch zum Merkmal der Identität eines Unternehmens werden kann. Als Beispiele hierfür nannte er die Dyson-Produkte aus ABS-Kunststoff oder Apple-Geräte, die durch Glas und Aluminium geprägt sind.
Smart and emotional Materials
Während ihrer Vorträge stellten die Referenten im Themenbereich „Smart and emotional Materials“ verblüffende, neue Eigenschaften von funktionalen und erfahrungsstiftenden Materialien vor. Die Keynote sprach Martin Beeh. Der preisgekrönte Industriedesigner und international erfahrene Design-Manager erläuterte die Erfolgsfaktoren von guter Gestaltung und ging auf die bedeutende Rolle der Auswahl und Neuentwicklung innovativer Materialien und Prozesse ein. Beeh definiert smarte Materialien als Werkstoffe, die eine neue oder unerwartete Funktion beinhalten. In Verbindung mit gutem Design, das definierte Probleme löst, Mehrwert für Nutzer schafft und Markenerfahrung mit allen Sinnen ermöglicht, führen sie zu Innovationen. Anhand zahlreicher Beispiele führte der Experte in das Thema „Smart and emotional Materials“ ein, eine Materialgruppe, die sich in den letzten Jahren stark veränderte: Elektronische Komponenten wurden immer kleiner und leistungsfähiger, so dass sie heute in einer Vielzahl von Materialien angewendet werden können. So erhält beispielsweise Bekleidung neue Funktionen. Auch die Forschung zu haptisch, visuell oder akustisch optimierten Oberflächen hat enorme Fortschritte erzielt. Prozessoptimierungen, Mikrostrukturen und innovative Oberflächenbehandlungen haben scheinbar bekannte Materialien zu aufregenden neuen werden lassen.
Erik Jung, Physiker und Geschäftsfeldentwickler am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM thematisierte den aktuellen Trend „Wearables“ und die Zukunft intelligenter Textilien. Komplexe Elektronik wird in kleine, attraktive Module integriert, die durch die Entwicklung „smarter Textilien“ zunehmend in Alltagsgegenständen und unserer Kleidung verschwinden. Sie werden ohne menschlichen Einfluss arbeiten und Wünsche erfüllen, bevor sie ausgesprochen sind. Ein wichtiger Meilenstein ist die Verfügbarkeit von Technologien zur Bereitstellung dünner Halbleiterchips, die sich nahtlos in Oberflächen einpassen. Diese müssen gleichermaßen robust integriert werden, um die Alltagstauglichkeit sicherzustellen. Dehnflexible Substratmaterialien sind ebenso Baustein dieser Zukunftsperspektive wie sichere Kontaktiermethoden unter Verwendung neuer Materialien und Verbindungskonzepte, die mechanisch robust, waschbar und widerstandsfähig gegenüber den Ansprüchen bei der täglichen Nutzung sind. Die Synergie aus Material, Elektronik, Integration und Mode bzw. Design bietet die Rezeptur für Produkte, die das Welt- und Objektverständnis verändern können.
Der Chefdesigner von Nolte Küchen, Rainer Kalesse, berichtete des Weiteren über kreative Oberflächenkonzepte, deren Umsetzung und Wirkung. Oberflächen begeistern, schaffen Ambiente, inspirieren und wecken Emotionen. Sie sprechen sämtliche Sinne an: Die Hand fühlt, was das Auge sieht. Oberflächen transportieren das Sichtbare in eine neue Dimension. Am Beispiel von „Artwood“, einer Oberfläche, die das Thema Holz optimal kommuniziert, zeigte Rainer Kalesse, wie eine neue, innovative Holz-Oberfläche entsteht. „Artwood“ ist das Ergebnis einer kreativen Interpretation, die vor allem die Wahrnehmung und die Emotionen der Menschen einbezieht, die sich gerne mit Holz umgeben.
Holger Kunze vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU warf die Frage auf, ob intelligente Werkstoffe auch intelligente Nutzer brauchen. In seinem Vortrag erörterte er die Rolle des Designs bei der Anwendung von „smart materials“. In diesem Rahmen stellte er die Initiative „smart³“ vor, die innovative Produkte und Prozesse initiiert. Ingenieure, Designer, Werkstoff-, Geistes-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaftler forschen gemeinsam mit mittelständischen Unternehmen zu intelligenten Anwendungen dieser Werkstoffklasse. Dabei wird auf einen radikalen Paradigmenwechsel im Produkt gesetzt. Mit wachsender Funktionalität und Bauteilkomplexität steigen Platzbedarf, Energieverbrauch und Störanfälligkeit von Produkten. Mit „smart materials“ kann die Funktion jedoch direkt in die Bauteilstrukturen implementiert werden, was hohe Funktionalitäten in vereinfachten Strukturen ermöglicht und den Designhorizont erweitert. Statt Funktion und Struktur zu trennen, strebt „smart³“ die Integration der Funktionalität schon auf der Werkstoffebene an.
Biobased Materials & lightweight Design
Einen lebendigen Querschnitt durch die Forschungsergebnisse zu biobasierten und ressourcenschonenden Werkstoffentwicklungen und neuen Anwendungsbereichen skizzierten die Referenten des Schwerpunkts „Biobased Materials & lightweight Design“. In seiner Keynote lieferte Dr. Sascha Peters eine Trendschau zu den spannendsten Materialentwicklungen der letzten Monate. Nach der Erörterung des ökologischen Fußabdrucks und der damit einhergehenden Problematik der steigenden Weltbevölkerungszahl bei gleichzeitiger Ressourcenerschöpfung erläuterte der Materialexperte und Trendscout für neue Technologien Lösungswege, wie das Denken in geschlossenen Werkstoffkreisläufen, ressourcenschonende Konstruktionen oder biobasierte Ansätze. In Zukunft werden die Werkstoffe zusehends auf biobasierten Quellen oder organischen Wachstumsprozessen mit geringer CO2-Emission basieren. Dies verdeutlichte Dr. Peters anhand zahlreicher Lösungen wie „Paperzellulose“ aus Apfelresten, Leder aus Fruchtresten, Komposit auf Basis von Kaffeesatz und Milchproteinfasern. Nachhaltige Materialien finden sich ebenso im Fahrzeuginterieur, beispielsweise im 2014 mit dem Red Dot: Best of the Best prämierten BMW i3. Vielversprechend für die Zukunft erweisen sich auch überraschende Lösungen wie Löwenzahnkautschuk, Kabelverbinder aus Tomatenschalen oder mit Mandelfasern verstärkte Kunststoffe, die erhebliches Potenzial für Designer und Hersteller bereithalten.
Bruno Lehmann, Vice President Interior, Marketing & Sales von Konrad Hornschuch, berichtet über die Entwicklung innovativer Produkte sowie konkrete Nachhaltigkeitsstrategien und gewährte einen Einblick in die Industriepraxis der Nachhaltigkeit. Im Anschluss an die Vorstellung der Hornschuch Group erfolgte die Illustration der Einsatzbereiche der Produkte sowohl bei Möbeln, im Innenausbau und im Außenbereich, als auch in Automobilen und Schiffen. Bruno Lehmann hob Innovation als zentralen Erfolgsfaktor der Unternehmensstrategie, der Generierung von Mehrwert sowie des Evolutionsprozesses von Produkten und Fertigung hervor. Dabei sind in der Produktentwicklung Aspekte wie optische und haptische Anforderungen, Langlebigkeit, Sicherheit, Verarbeitbarkeit und Nachhaltigkeit von zentraler Bedeutung. Um Nachhaltigkeit zu gewährleisten setzt das Unternehmen auf umwelt- und ressourcenschonende Produkte und Fertigungsprozesse, die Erfüllung gesetzlicher und selbst gesteckter Richtlinien, eine strenge Auswahl von Rohstoffen sowie auf langlebige Produkte mit Mehrwert, die Mitwirkung in Verbänden und Kommissionen und eine nachhaltige Unternehmensstrategie. Dies führte der Designer am Beispiel von „nature base – BioSynthetic“ näher aus, einem sehr strapazierfähigen Produkt, das zu 80 % auf natürlichen und nachwachsenden Rohstoffen basiert. Überdies stellte er „cool colors“ vor, eine Lösung für den Außenbereich, welche die Oberflächentemperatur bis zu 25 % reduziert und auf Infrarotlicht reflektierenden Farbpigmenten basiert.
Über die Natur als Inspirationsquelle sprach auch Dr. Filipe Natálio, Leiter der Forschungsgruppe Bioanorganische Chemie – Biomimetik an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Dort untersuchen die Wissenschaftler die Biofabrikation multifunktionaler Polymere für intelligente Textilien und leiten davon selbstorganisierte leichtgewichtige Tragwerkstrukturen für die Architektur ab. Mit ihren in den letzten 3,5 Millionen Jahren entwickelten Konstruktionen kann die Natur als Quelle für neue und vor allem nachhaltige Lösungen dienen. Die Nutzung natürlicher Mechanismen in der Bionik erfordert multidisziplinäre Prozesse und großes System-Verständnis. In seinem Vortrag stellte Dr. Filipe Natálio Baumwolle und glasige Tiefseeorganismen als faszinierende Vorbilder vor. In seinem Grundlagen-Vortrag erklärte der Chemiker wie die Wissenschaftler an der Universität Halle-Wittenberg an diesen biologischen Systemen die Biofabrikation multifunktionaler Polymere für intelligente Textilien untersuchen und davon selbstorganisierte leichtgewichtige Tragwerkstrukturen für die Architektur ableiten.
Prof. Dipl.-Ing. Martin Stosch, Gründungsmitglied von igeL - Interessengemeinschaft Leichtbau, informierte in einem dementsprechenden Vortrag über Leichtbaumaterialien und Ressourcenschonung in der Möbelindustrie. Er machte deutlich, dass moderne Leichtbauwerkstoffe und deren Verarbeitungsmöglichkeiten gebündelte Materialintelligenz bieten und neue gestalterische Lösungen für die Anwender eröffnen. Durch den steigenden Einsatz von Holzbiomasse als alternativer Brennstoff und die damit verbundene unmittelbare Kopplung von Verfügbarkeit und Preisen der Vorprodukte für die Span- und Faserplattenproduktion mit dem Energiemarkt laufen dem klassischen Möbelschwerbau die Kosten absehbar davon. Daher ist es von größter Bedeutung, den Materialeinsatz radikal zu reduzieren. Gleichzeitig sollen jedoch Stabilität, Funktionalität und Design gewährleistet bleiben. Die notwendige Ressourcenschonung muss daher durch besonders intelligente Ingenieursleistungen und die kreative Nutzung der besonderen Potenziale der Leichtbaukonstruktion kompensiert werden. Innovationen, die die Holznutzung reduzieren und Defizite ausgleichen, seien beispielsweise durch Technologie-Übertragung oder experimentelle Technologie-Erweiterung zu finden. Mit dem Ziel, Masse zu reduzieren und Material einzusparen, ist der Leichtbau mit unterschiedlichen Konstruktionsprinzipien möglich. Professor Martin Stosch stellte in diesem Kontext Beispiele aus dem System-, Material- und Strukturleichtbau vor.
The next Big Thing – additive Manufacturing
Abschließend gab das Thema „The next Big Thing - additive Manufacturing“ einen Überblick über die aktuellen Trends der „Minifabrik“. Während seiner zweiten Keynote stellte Dr. Sascha Peters Lösungen mit generativen Technologien vor, die sich bereits in der Praxis bewährt haben. Anhand des Hyper Cycles stellte der Experte zudem die Entwicklung der Aktivitäten in der additiven Fertigung vor, die sich aktuell in einem Hoch-Bereich, in der sogenannten Phase der Euphorie, befindet. Der nächste Entwicklungssprung der industriellen Produktion wird durch die additive Fertigung erwartet, die komplexe Bauteilgeometrien bei reduziertem Materialeinsatz ermöglicht. Durch die digitale Vernetzung scheinen individualisierte Produkte zu Massenproduktionspreisen realisierbar. Mit dem Wachstum des „Direct Additive Manufacturing“ gehen Materialentwicklungen für die generative Fertigung und den 3D-Druck einher, die viele interessante Anwendungen hervorgerufen haben: Der erste generativ erstellte Fahrradrahmen der Firma Renishaw, der erste komplett gedruckte Lautsprecher und das erste gedruckte Auto in ABS „Strati“ sind nur einige der Beispiele, die zeigen, was die Technologie des 3D-Drucks erlaubt. Zudem betonte der Experte besondere Werkstoffe für die additive Fertigung, darunter Carbonfasern, Silikone und Glas. Bis 2020 wird beim 3D-Druck ein durchschnittliches Marktwachstum von 30 % jährlich erwartet. Dies zeigt sich auch in der Medizin- und Luftfahrtechnologie, wo stark in additive Technologien investiert wird.
Johannes Barckmann, Head of Designstudio bei EDAG, informierte über den Leichtbau der Zukunft nach den Strategien der Natur. Als Grundlage für seinen Vortrag diente ein visionäres Fahrzeug-Leichtbaukonzept mit bionisch optimierten und generativ gefertigten (3D-Druck) Karosseriebauteilen, der „EDAG Light Cocoon“. Inspiriert durch gesellschaftliche Veränderungen, Technologien, Materialien, und digitale Vernetzung wird die generative Fertigung bei EDAG für Leichtbaukonzepte eingesetzt. Dies zeigt sich beispielsweise in den skelettartigen, organischen Fahrzeugstrukturen des „EDAG Light Cocoons“, die extrem leicht und materialminimiert sind und alle statischen und dynamischen Bauteilanforderungen erfüllen. Inspiriert vom Panzer der Schildkröte, die „Perfektion im Insassenschutz“ in der Natur verkörpert, wurde der Fahrzeugrahmen gebaut. Die Konstruktion der Motorhaube wurde in Anlehnung an die Struktur eines Blatts vorgenommen. Die Karosserieaußenhaut der Konzeptstudie stammt vom Outdoor-Spezialisten Jack Wolfskin und dient allein dem Wetterschutz und der Aerodynamik. Sie besteht aus einem Hightech-Textil. Die dadurch mögliche Karosseriebeleuchtung hält das bionische Gerippekonzept sichtbar und verleitet zu eindrucksvollen Lichtszenarien. Der „EDAG Light Cocoon“ zeigt, wie Fahrzeugkarosseriebauteile gegenüber herkömmlichen Bauweisen bis zu 25 % leichter werden können. Damit leitet er einen Paradigmenwechsel in der Fahrzeugentwicklung ein: von der Natur inspiriert, generativ gefertigt, ultimativ leicht und nachhaltig.
Pecha-Kucha-Vorträge
Abgerundet wurde der Konferenztag durch Pecha Kucha-Vorträge, die von Basia Dżaman aus Polen eröffnet wurden. Die auf additive Drucktechniken spezialisierte Designerin stellte ihre Diplomarbeit von der School of Form in Posen vor. Unter dem Titel „Carbon Fiber Printing Robot“ erläuterte sie ein Verfahren an den Schnittstellen zwischen Massenproduktion, digitaler Fertigung und regionaler Tradition in Form des Snutki-Handwerks, das eine alte polnische Stickerei ist, die auf feinem Baumwollgewebe gearbeitet wird. Die Designerin stellte den mehrstufigen Designprozess der Entwicklung einer robotergeführten Technologie für die Umsetzung von Tragstrukturen aus Carbonfasern in einem additiven Druckvorgang vor.
Überdies erläuterte Designer Gerd Falk vom Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart Carbonfasern und ihre Vorteile in der Anwendung. Kohlenstofffasern sind sehr steif und stabil, was er am Beispiel eines Formel-1-Chassis illustrierte. Mit ihnen können hochkomplexe Strukturen geschaffen werden, die beispielsweise den Bau von Pavillions und weiteren Bauwerken ermöglichen. Vor allem carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) spielen eine immer größere Rolle: Carbon findet sowohl in den Leichtbautechnologien ein breites Anwendungsfeld als auch bei Investitionsgütern und in der Architektur.
Das erste pflanzenbetriebene Radio der Welt und die Bedeutung von Moos als Material stellte die Schweizer Produktdesignerin Fabienne Felder vor. Sie entwickelte in Zusammenarbeit mit dem Biochemiker Dr. Paolo Bombelli und Pflanzenwissenschaftler Ross Dennis von der University of Cambridge „Moss FM“ und setzte mit ihm das erste von pflanzlichen Solarzellen betriebene Radio der Welt um. Moos wird wie eine Art Solarpaneel genutzt, das den Strom erzeugt. Die Designerin erläuterte, wie photomikrobische Brennstoffzellen funktionieren und welche energetische Bedeutung Moos als Material hat.
Den faszinierenden Einblick in die Welt der smarten Materialien schloss Robert Taranczewski ab. Der Red Dot-Preisträger und Geschäftsführer von LignoTUBE technologies stellte innovative Leichtbaurohre aus Echtholzfurnier vor. Dabei wird der Furnierlagenverbund eines Sperrholzes mit einem Rohr zum LignoTube kombiniert: Leichte hohle Profile entstehen, die einen spiralförmigen Lagenaufbau mit kreuzweiser Verklebung aufweisen. Die Vorteile liegen auf der Hand: geringes Gewicht bei hoher Stabilität, individuelle Konfigurierbarkeit und ein nachwachsender Rohstoff. Aufgrund des Naturwerkstoffs bleiben ganz traditionelle Bearbeitungsmöglichkeiten wie Sägen, Bohren, etc. erhalten. Der Furnierlageverbund bietet zudem unendlich viele Gestaltungsvarianten. LignoTube ist als Konstruktionselement in vielen Bereichen anwendbar, beispielsweise für Möbelbeine, Fahrradrahmen oder Dämpfer im Bogensport.
Bei einem Get-together im Anschluss an die Konferenz tauschten sich die Teilnehmer über die vorgestellten Ansätze und Entwicklungen aus und hatten die Möglichkeit, aktuelle Innovationen in der Sonderausstellung „Smart Materials and Solutions for better Product Design“ zu sehen. Diese wird bis zum 10. Januar 2016 im Red Dot Design Museum Essen gezeigt und lädt zum Entdecken von Materialien ein, die gleichermaßen sinnvolle wie sinnliche Möglichkeiten bieten.
Sonderausstellung „Smart Materials and Solutions for better Product Design“
19. November 2015 – 10. Januar 2016
im Red Dot Design Museum Essen
