HygroShape: Holzmöbel, die sich selbst formen
Elegant geschwungene Sitzmöbel, die in einem flachen Karton geliefert
werden und sich nach dem Auspacken über Nacht ganz von selbst in Form
bringen – wer je über der Bauanleitung eines Möbelstücks gerätselt hat,
mag dies als Traum empfinden. Wirklichkeit wird er durch HygroShape, dem
ersten Konzept für Möbel, das auf die Formkräfte der Natur setzt und diese
mit den Möglichkeiten der Digitalisierung verbindet. Entwickelt wurde das
Konzept am Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD)
der Universität Stuttgart unter der Leitung von Prof. Achim Menges.
Mit HygroShape machen sich die Forschenden Dr. Dylan Wood und Laura
Kiesewetter am ICD eine intrinsische Eigenschaft von Holz zu Nutze, die
jeder Tischler oder Schreiner kennt: Die Zellwände dehnen sich in nassem
Zustand aus und ziehen sich beim Trocknen zusammen, wobei die Steifigkeit
genau mit der Änderung des Feuchtigkeitsgehalts korreliert. Trocknet Holz
unkontrolliert, kommt es aufgrund dieses hygroskopischen Schwindens zu
unerwünschten Verformungen, das Material „verzieht sich“. Versteht man die
Kräfte jedoch, lassen sie sich für gezielte Formänderungen nutzen, die
ausschließlich durch das Material getrieben sind – und das in aller
Stille, ohne menschliches Zutun, Werkzeug oder Montageanleitung. Einmal
geformt, verriegeln sich die Teile mechanisch und schaffen so Stabilität.
Nadelbäume stehen Pate
Das biologische Prinzip für die passive Selbstformung haben sich die
Stuttgarter Forschenden unter anderem bei den Zapfen von Nadelbäumen
abgeschaut. Deren Schuppen bestehen aus anisotropen
Faserverbundwerkstoffen, die eine Doppelschicht bilden. Solange der Zapfen
lebt, wird in dieser Doppelschicht ein hoher Wassergehalt beibehalten.
Fällt der Zapfen vom Baum, trocknen die Schuppen, biegen sich langsam auf
und geben die Samen frei. Die physikalisch-mechanischen Eigenschaften
solcher Verbundmaterialien digitalisieren die Forschenden im HygroShape-
Konzept mithilfe fein abgestimmter rechnergestützter Designmethoden und
berechnen eine spezifische Materialsyntax, um das Material auf die
geplante Verformungssequenz einzustellen.
Auf der Basis dieser spezifischen Syntax werden flache, mehrschichtige
Holzbauteile hergestellt, die eine ausgefeilte innere Zusammensetzung
sowie einen definierten Feuchtigkeitsgehalt aufweisen. Mithilfe eines
computergestützten Designtools werden die Bretter dann in
maßgeschneiderten Anordnungen arrangiert, die die anschließende Formung
steuern und koordinieren. Durch diese physische Kodierung wird jedes Stück
in flachem Zustand so programmiert, dass eine definierte gekrümmte
Geometrie entsteht, wenn die Feuchtigkeit reduziert wird. Schließlich
werden die Teile versiegelt zum Endverbraucher transportiert und dort
einer Umgebung ausgesetzt, die deutlich trockener ist als die
Produktionsumgebung, was die Formungssequenz aktiviert.
Das digitale Design erlaubt es, natürliche Materialien mit höherer
Variabilität zu nutzen und öffnet gleichzeitig die Tür zu einer neuen
Formsprache. Seit einigen Jahren werden Möbel nämlich aus Kostengründen
häufig in kompakten, flachen Paketen transportiert und erst vor Ort
zusammengebaut, was das Möbeldesign überwiegend auf gerade oder eckige
Formen einengt. Das einzigartige Materialverhalten eines HygroShape-Teils
dagegen bringt elegante Kurven und schlanke Flächen hervor, standardmäßige
Winkelverbindungen oder mechanische Beschläge entfallen. „Die
Selbstformung führt ihrer Natur nach zu einem ehrlichen und klaren
Design“, sagen die Forschenden. „Das Ergebnis ist eine stabile und doch
nachgiebige Struktur, die dynamisch mit dem Körper interagiert.“
Noch handelt es sich bei den mit der HygroShape-Technologie gefertigten
Möbeln – ein Loungesessel und eine Chaiselongue – um Einzelstücke. Doch
mit ihrem Spinn-off Unternehmen hylo-tech (www.hylo.tech) möchten die
Forschenden die Markttauglichkeit der Technologie anhand einer limitierten
Serie testen. Unterstützt wurde das Projekt mit einer internen Förderung
aus dem Wissens- und Technologiefonds der Universität Stuttgart sowie
durch die Firmen Henkel AG, Schönweiler GmbH und Gettylab.
