Susanne Stauch. isopt parametrisches Isolationsporzellan mit integrierter Induktionstechnologie

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5 Susanne Stauch isopt parametrisches Isolationsporzellan mit integrierter Induktionstechnologie Dokumentation der praktischen Diplomarbeit Kunsthochschule Berlin-Weißensee Fachgebiet Produktdesign im Mai 2008 Betreuung Prof. Barbara Junge [Visuelle Kommunikation Neue Medien] Prof. Burkhard Schmitz (ID5 Projektgruppe für interaktive Systeme, UdK) Prof. Helmut Staubach [Produktdesign] Hermann Wolfram Klöckner (ID5 Projektgruppe für interaktive Systeme, UdK) Kontakt

6 Inspiration und Motivation Die Idee, eine partizipatorische Arbeit zu gestalten entstand aus Erfahrungen, die ich als Kursleiterin für Goldschmiede-, Computer- und Skikurse sammelte. Die grundsätzliche menschliche Begeisterung für Neues und der Wille zu lernen erschienen mir ein stärkerer Motor zu sein, als ich zuvor angenommen hatte. Insbesondere in den Goldschmiedekursen stellte ich immer wieder fest, dass sich Laien sehr wohl für Gestaltungsfragen begeistern können, wenn man sie nur richtig an die Hand nimmt. Mit gezielten Fragen und Hilfestellungen, Beispielen und variierbaren Grundformen schafft es jeder, seine individuellen Vorstellungen auf den Punkt zu bringen. Ohne konkretes Ziel begab ich mich auf die Reise der Recherche, beschäftigte mich mit den Entwicklungen des Web 2.0, erstellte ein eigenes Blog und las viele Bücher über die sich offensichtlich verändernde Gesellschaft, die kreative Klasse, über Wahrnehmungspsychologie, Entscheidungsfindung, Web-Usability und Mass Customization. Diese Erkenntnisse sind in der theoretischen Diplomarbeit Kreative Entfesselung ausführlich zusammengetragen. Im Entwurf ging es um den grundsätzlichen Versuch, über einen neuen Designansatz nachzudenken und an einem exemplarischen, für den Benutzer einfach verständlichen Produkt die Idee der Partizipation durchzuexerzieren. Der Grundgedanke basiert auf dem Versuch, mit heute schon realisierbarer Technologie ein Medium zu schaffen, in dem sich der Benutzer relativ frei bewegen kann. Rapid Prototyping-Verfahren sind brandaktuell aber noch an der Grenze des Machbaren. Die Einschränkungen, die durch die noch ausschließliche Verwendung von Monomaterialien gegeben

7 sind, machen einen Designentwurf relativ schwierig. Die meisten Materialien sind noch nicht über das Stadium des Prototypenbaus hinaus, nicht so die keramischen Stoffe. Dass es sich hier um einen sehr komplexen Werkstoff handelt, war eher eine Herausforderung als eine Einschränkung. Der Gedanke an Gebrauchskeramik lag nahe, sind es doch Objekte, mit denen Jeder täglich in Berürung tritt, dessen Funktion, Proportion und Handhabbarkeit Jeder zumindest unbewusst kennt. Neben der Gestaltung eines neuartigen Konzepts für Geschirr, der Parametrisierung und Systematisierung einer Produktfamilie in Hinblick auf den interaktiven Prozess war es ebenso wichtig, funktionale Innovationen aufzuspüren, die durch das neue Herstellungsverfahren möglich werden. Die Herausforderung, ein formal individualisierbares Objekt, also ein Metaobjekt zu entwerfen, gehen dabei Hand in Hand mit den Anforderungen an die virtuelle Schnittstelle, die dem Laien ein möglichst authentisches und intuitives Eingreifen in den Prozess erlaubt. Nach dem Prinzip Keep it simple and stupid soll dieser Prozess so einfach sein wie die Bestellung einer Currywurst auf der Straße. Es ist ein mit den heutigen Mitteln realisierbares Konzept entstanden, das exemplarisch dazu beitragen soll, eigene Wünsche zu reflektieren und fern von passivem Konsum eine aktive Teilhabe zu fördern.

8 INHALT

9 9 1 DIE POSTINDUSTRIELLE, DIGITALE GESELLSCHAFT Passivität vs. Partizipation : Do it yourself und Konfiguratoren: Fabbing : 24 2 ISOPT HARDWARE Rapid Manufacturing keramischer Stoffe : Technische Keramik und Porzellan : elektromagnetische Induktion : Entwurf und Konzept : Integrative Funktionalität und Gestaltung : Innen und Außen : 60 3 ISOPT SOFTWARE Interaktion und Usability : Entwurf : Systematisierung und Parametrisierung : Interface : 80 4 QUELLEN 92

10 1 DIE POSTINDUSTRIELLE, DIGITALE GESELLSCHAFT 1.1 Passivität vs. Partizipation : Do it yourself und Konfiguratoren : Fabbing : 24

11 Passivität vs. Partizipation Passivität vs. Partizipation Die Industrialisierung hat den ganzheitlichen Ansatz des Handwerks verdrängt. Wurde früher beispielsweise beim Tischler der Kunde durch den ganzen Prozess vom Entwurf bis zur Fertigung von einer Person betreut, auf seine Wünsche eingegangen und ein Unikat für ihn angefertigt, so hat die arbeitsteilige Struktur der fordistischen Ökonomie zur Produktion von Massenwaren geführt, die nicht individualisierbar waren und in deren Produktion Arbeiter jeweils nur kleine Segmente betreuten. Dies führte zu Passivierung, Entmündigung und Gleichschaltung beider Kunde und Herstellender und stieß bereits früh auf heftige Kritik z.b. von William Morris und John Ruskin Mitte des 19. Jahrhunderts. In der Industrialisierung musste sich der Kunde an das Produkt anpassen, inzwischen zeichnen sich viele Tendenzen ab, dass sich Produkte wieder an die Wünsche der Käufer anpassen. Bereits in den 1970er Jahren prägte Alvin Toffler in seinem Buch Power Shift den Begriff des Prosumenten, eine frühe Vision, die heute dank der technologischen Fortschritte und der Digitalisierung immer mehr an Substanz gewinnt.»produzent und Konsument, seit der industriellen Revolution getrennt, werden in einem Wertschöpfungskreislauf wiedervereinigt, wobei der Konsument nicht nur Geld, sondern Markt- und Designinformationen beisteuert, die zentral für den Produktionsprozess sind.«die Entwicklungen, die sich in der virtuellen Welt seit dem Web 2.0 abzeichnen, sind im Wesentlichen von gemeinschaftlicher Partizipation gekennzeichnet. Der Prosument modifiziert oder konstruiert von einem beliebigen Internetzugang aus sein Produkt und sendet es zu einem beliebigen, d.h. aus logistischen Gründen vorzugsweise in seiner Nähe liegenden Fabrikator. Beide Parteien gewinnen: Das Unternehmen produziert nicht am Bedarf vorbei denn nur bei Bestellung Production on Demand und der Konsument bekommt sein Wunschprodukt.

12 12 Die postindustrielle, digitale Gesellschaft Die erste ökonomische Realisierung dieser Partizipation ist die Mass Customization, ein 1987 von Stanley Davis aus den Worten Mass Production und Customization zusammengezogenes Oxymoron, zu deutsch kundenindividuelle Massenfertigung. Darunter versteht man die Produktion von Gütern und Leistungen für einen [relativ] großen Absatzmarkt, welche die unterschiedlichen Bedürfnisse jedes einzelnen Nachfragers dieser Produkte treffen, zu Kosten, die ungefähr denen einer massenhaften Fertigung vergleichbarer Standardgüter entsprechen. Die Informationen, die im Zuge des Individualisierungsprozesses erhoben werden, dienen dem Aufbau einer dauerhaften, individuellen Beziehung zu jedem Abnehmer. Es geht also darum, durch Integration des Kunden in den Herstellungsprozess einen Mehr- wert, einen Differenzierungsvorteil für den Kunden anbieten zu kön- nen. d.h. Produkte werden in so vielen Varianten herstell- bar, dass die Wünsche jedes Kunden erfüllt werden können. Auf den ersten Blick bietet Mass Customization offensichtlich nur Vortei- le: Kunden müssen keine Kompromis- se eingehen noch übermäßig hohe Preise bezahlen, wenn es um Son- derwünsche geht. Soweit zur Defi- nition. In realitas funktioniert Mass Customization nur sehr bedingt, denn die Produktionsprozesse ermöglichen nur einen minimalen Eingriff des Kunden auf sein Wunschprodukt, sollen die Vorteile der Massenfertigung erhalten bleiben. Die individuelle Freiheit endet in der Regel im Wählen aus vorgegebenen Optio- nen. Seit der Digitalisierung ist es für den Konsumenten ein Leichtes geworden, als vermeintlicher Prosument die Farbkomposition der neuen Turnschuhe via Internetkonfigurator zu übernehmen, sich sein individuelles Muesli online zusammenstellen oder sich für die Anzahl der Brillianten einer schweizer Uhr und des am besten passendsten Leders für das Armband zu entscheiden. Statt wirklicher Innovationen werden in der Regel Features kreiert, eine industrielle Spielart gehemmter Kreativität mit dem eigentli-

13 Passivität vs. Partizipation 13 chen Marketingziel, Longtail-Produkte und schlecht gehende Artikel attraktiver zu gestalten. Es ist eine pseudointegrative Methode, die dem Kunden das Prosumieren vortäuscht und versucht, ihn mit einer individualisierten Problemlösung an das Unternehmen zu binden. Das vordergründige Gefühl, durch die Einbindung ernst genommen zu werden, tut ihr Übriges für die Kundentreue. Ein ganzes Stück weiter geht hier die Open Innovation, zu deutsch interaktive Wertschöpfung, deren maßgeblicher Vertreter der Ökonom Frank Piller ist. In Anlehnung an die Open Source-Strategie erhebt sie den Kunden zu einem echten Prosumenten, da dieser in die Entwicklung integriert wird. Unternehmen sind in Innovationsprozessen primär auf internes Wissen beschränkt, die Öffnung und Integration externer Lösungsquel- len bietet völlig neue Potentiale, über das Internet potenziert sich die Innovationskraft effektiv von wenigen Experten auf vie- le Akteure, deren aktive Rolle gleichzeitig qua- si automatisch einen Marktfähigkeitstest der Entwicklung mit sich bringt. Der Kun- de ist endlich nicht mehr nur passiver Empfänger einer von Herstellern au- tonom geleisteten Wertschöpfung sondern tritt als Wertschöpfungs- partner von Unternehmen auf, in- dem er Produkte, Dienstleistung, Entwicklung und Herstellung mitge- stalten, bestimmen oder sogar übernehmen kann. Der Vorteil für das Unternehmen liegt auf der Hand: neben der bedarfsorientierten Produkti- on und dem Wegfall von Lagerkosten für unverkaufte Produk- te wächst die persönliche Bindung zwischen Kooperationspartnern, die sich auf Augenhöhe begegnen. Diese virtuellen Interaktionen werden auch unter dem Begriff Crowdsourcing, zu deutsch Schwarmauslagerung, zusammengefasst, ein 2006 von den Wired-Autoren Jeff Howe und Mark Robinson von Outsourcing abgeleiteter Begriff. Crowdsourcing beschreibt Prozesse, bei denen nicht nur Unternehmensaufgaben und -strukturen an Drittunternehmen abgegeben werden [Outsourcing], sondern wie oben beschrieben, die

14 14 Die postindustrielle, digitale Gesellschaft die Intelligenz und Arbeitskraft einer Masse von Freizeitarbeitern im Internet in die Entwicklung einbezieht. Crowdsourcing kann auch als Form des Electronic Commerce stattfinden und wird in diesem Zusammenhang als Social Commerce bezeichnet. Dabei werden Kunden eines Anbieters zu persönlichen Filtern anderer Kunden und helfen diesen, das bestmögliche Angebot zu finden. Diese freiwillige, basisdemokratische Arbeitsteilung beruht auf einem simplen Prinzip: komplexe Aufgaben werden in in viele Teilaufgaben zerlegt und zum Schluss wieder zusammengefügt. Da die Kosten für Kommunikation via Internet drastisch gesunken und die Austauschmöglichkeiten durch die Leistungsfähigkeit enorm gestiegen sind, können digital vernetzte Gruppen unabhängig von Ort und Zeit selbstkoordiniert gemeinsame Ziele verfolgen. Die Zahl der Aufgaben, die sich für im Internet organisierte Arbeitsteilung eignen, hat in den vergangenen zehn Jahren rasant zugenommen. So ist beispielsweise das Produkt Mindstorms NXT das erfolgreichste in der Geschichte von Lego. Es handelt sich dabei um eine von Lego als Open Source freigegebene Software für den NXT-Brick genannten Mikroprozessor, der selbst kreirte Roboter ansteuern kann. Die ganze Produkt- und Software-Entwicklung wurde von technikbegeisterten Prosumenten also Partizipatoren und Beitragenden begleitet, somit handelt es sich, ebenso wie bei Open Source-Projekten im reinen Sofware-Bereich, um sogenannten consumer created content. Der wesentliche Grund für die Partizipation an solchen Kollaborationen ist die Chance, dabei zu sein, mitspielen und mitreden zu können bei einer Sache, für die man ohnehin begeistert ist und sich dadurch als Teil einer innovativen Gruppe zu fühlen. Das Beispiel zeigt deutlich, wie viel Kompetenz, Interesse, Leidenschaft und Kreativität in der vermeintlich für dumm gehaltenen Masse steckt und belegt eine der wichtigsten Erkenntnisse über Kreativität: Sie entfaltet sich am ehesten in der Kollaboration. Der britische Trendforscher Charles Leadbeater bestätigt, dass Strukturen wie Wikis neue Formen von Kooperation ermöglichen und zeigen, unter welchen Bedingungen Menschen zusammenarbeiten, kreativ sein, die Ergebnisse ihrer Arbeit teilen und sich selbst organisieren können, ohne auf traditionelle Organisationsstrukruren zurückgreifen zu müssen. Er sieht in der Arbeitskultur der Netzwerkgesellschaft ein Modell für die Umgestaltung von Organisationen überhaupt Ein Modell, das in der Informatik schon lange als Bottom Up-Prinzip definiert wird und damit das Entwickeln von-unten-nach-oben meint, also die Selbstorganisation betont und die Entwicklung als Prozess in den Vordergrund stellt. Dem entgegengesetzt stützt sich die Herangehensweise an Problemstellungen nach dem Top Down-Prinzip auf autoritäre, zentralisierte und im Vorhinein festgelegte

15 Passivität vs. Partizipation 15 Strukturen. Mit den Metaphern der Kathedrale für das Top Down-Prinzip und dem Basar für die Bottom Up-Strategie hat Eric S. Raymond diese komplementären Lösungsansätze bereits 1997 im gleichnamigen Buch erklärt. Top-Down Bottom-Up

16 16 Die postindustrielle, digitale Gesellschaft 1.2 Do it yourself und Konfiguratoren Das eigenständige Tun ist ein dem Menschen ureigenes Verlangen nach Autarkie. Dem Selbst, dem Individuellen Ausdruck zu verleihen, um sich gegen ein Außen zu definieren, ist ein überlebenswichtiger Trieb. Bereits bei kleinen Kindern kann man den Willen beobachten, die Dinge selbst in die Hand zu nehmen, auszuprobieren, sich aktiv in die Welt einzubringen. Somit hat es DIY 1 auch schon immer gegeben, ob aus der Not oder der Freude am Tun heraus. Mit steigender Komplexität der Waren allerdings wurde das eigene Handanlegen immer schwieriger. Konnte man an alten Transistorradios oder dem VW Käfer noch wunderbar selbst herumschrauben, so sind die späten Produkte der Massenfertigung nicht nur mit unglaublich komplexer Elektronik vollgestopft sondern lassen sich häufig nicht einmal mehr mit herkömmlichem Werkzeug öffnen, so sie denn überhaupt für eine Reparatur geeignet und nicht direkt als Wegwerfprodukt gestaltet wurden. So wächst zusätzlich angeregt durch die beschriebenen Onlinebewegungen das Verlangen nach eigenem Tun, Schaffen und Werken und läßt sich als direkte Konsequenz der langsam stattfindenden Befreiung von etablierter Autorität und passivem Konsum verstehen. Der Psychologe Wolfgang Schmidbauer stellt fest:»bastler sind vor vielen psychischen Gefahren der Konsumgesellschaft geschützt: sie haben zu tun, sie sind selten depressiv, sie sind nicht verwöhnt, sie neigen nicht zur Kriminalität, sie setzen sich ständig mit den Grenzen ihrer Fähigkeiten und Fertigkeiten auseinander.«nicht nur das, es bildet auch die eigenen geistigen Kräfte, das Verstehen um Form und Proportion und führt schlussendlich zum wahrhaftigen Be-greifen des Geschaffenen und damit der eigenen Wünsche. Die niederländische Designergruppe Droog hat sich auf sehr unkonventionelle Weise dem Thema gewidmet. Gemeinsam mit der Agentur KesselsKramer haben sie 2000 die Marke Do Create als eine Antwort auf Globalisierung und Uniformität, als Gegenmittel zur one-way Welt kreirt. Die entworfenen Produkte werden durch die eigene Einwirkung des Käufers erst funktionsfähig, bzw. bekommen ihr individuelles Gesicht. 1 DIY = Do It Yourself, gewann erstmals unter diesem Namen als Kultur des Amateurs in den 1950er Jahren an Bedeutung, geht aber auf jegliche Art der der handwerklich autarken Selbstbestimmung zurück. So hat die auf die die Arts-and-Crafts-Bewegung zurückgehende Craftsman- Bewegung in den USA in ihrer Zeitschrift The Craftsman Bauanleitungen für Bänke, Tische und Truhen Tipps für Amateure und Heimwerker abgedruckt. Seit den 1970er Jahren bietet die Industrie vermehrt auf Heimwerkerbedürfnisse zugeschnittene Werkzeuge, Maschinen und Baustoffe in den heute immer häufiger zu findenden Baumärkten an.

17 Do It Yourself und Konfiguratoren 17 Do Break Frank Tjepkema und Peter van der Jagt Do Scratch Martí Guixé Do Hit Marijn van der Poll Die Vasen von Do Break sind im Inneren mit Gummi beschichtet, erst wenn Sie zerbrochen sind, entsteht ihre individuelle Einzigartigkeit. Die schwarze Leuchte Do Scratch muss erst kreativ freigekratzt werden um Licht abzugeben und Do Hit sind große Stahlkuben, die erst durch die Bearbeitung mit einem Hammer zum individuellen Sessel werden. Droog hat noch weitere Produkte zu diesem Thema entworfen.

18 18 Die postindustrielle, digitale Gesellschaft DIY ist natürlich auch als ökonomischer Preisregulator einsetzbar, so kalkuliert Ikea mit der Partizipation seiner Kunden und kann die Möbel entsprechend günstiger verkaufen. Handwerk und virtuelle Welt finden auf diversen Internetplattformen zusammen, es wird ein buntes Potpourri aus Selbstgemachtem angeboten anything goes es gibt keine [geschmacklichen] Grenzen. Derlei unzensierte Shoppingangebote treffen auf große Resonanz, der amerikanische Erstling Etsy hat bereits Ableger in diverser Form. Die Internetcommunity ist schnell, so haben sich inzwischen sogar fachspezifische Seiten hervorgetan, auf einer beispielsweise geht es nur um Mode. Von frei herunterladbaren Schnitten über fertige Unikate bis hin zu einem Userforum ist dort alles zu finden, was das Fashion-Herz begehrt.

19 Do It Yourself und Konfiguratoren 19

20 20 Die postindustrielle, digitale Gesellschaft Produktkonfiguratoren sind inzwischen ein erfolgreiches Konzept zur vermeintlichen Individualisierung von Kundenwünschen. Wie bereits bei der Mass Customization beschrieben wurde, kann hier in der Regel nur aus verfügbaren Optionen der Händlerpalette ausgewählt werden. Am Beispiel des Mongolian shoe bbq von Puma werden Vor- und Nachteile der gängigen Konfiguratoren aufgezeigt. Das Mongolian shoe bbq ist im Unterschied zu den meisten Konfiguratoren thematisch verortet, so wählt man jedes Einzelteil seines individuellen Schuhs aus einem Buffet aus. Es gibt eine Online-Anwendung, im Store steht allerdings auch eine echte Garküche mit allen Materialen und Farben für eine reale Interaktion zur Verfügung. Jedes der Teile hat einen Barcode,

21 Do It Yourself und Konfiguratoren 21 den man einscannen kann, auf einem Bildschirm wird dann das Ergebnis simuliert. Es können auch während des Prozesses Änderungen vorgenommen werden, indem das gleiche Teil anderen Materials einfach noch einmal eingescannt wird. Im Gespräch mit einem Verkäufer des Puma- Store hat sich folgendes herausgestellt: Grundsätzlich wird der Konfigurator von Kunden quer durch alle Bildungsschichten genutzt, viele sind wegen der Vielfalt überfordert [die Kombinationsmöglichkeiten gehen in die Millionen], andere finden es spannend. Es kommen auch grauenhafte Kompositionen dabei heraus. Die Frage nach seiner Einschätzung der Notwendigkeit für gestalterisches Feingefühl der Kunden beantwortete der Verkäufer mit einer Anekdote von italienischen Besuchern, die diskutierend und gestikulierend diverse Schuhmodelle, auch in den Regalen, genau inspiziert und über gestalterische Details diskutiert haben. Seiner Erfahrung nach gibt es alle Abstufungen von ästhetischer Wahrnehmung. Solche, die kaum unterscheiden können zwischen guten und schlechten Details, solche, die nur durch ihren eigenen Geschmack bewerten und nicht objektiv betrachten und jene, die sehr genau wissen, was sie wollen, wählerisch sind und auch mal von einem Kauf Abstand nehmen, wenn Kleinigkeiten nicht zu ihrer Zufriedenheit gestaltet sind. Um den unsicheren Kunden etwas aufzufangen, sind an der Front der Garküche diverse Modelle ausgestellt. Eigentlich zur Inspiration des Kunden gedacht, wird in der Regel aus dem Ausstellungangebot direkt ausgewählt. Für Puma ist dieses Konzept eher als Werbegag zu verstehen. Die immense Auswahl- und Kombinationsmöglichkeit führt nachgewiesener Maßen in den meisten Fällen gerade nicht zu einer Entscheidung, das ist auch das Problem der meisten Konfiguratoren. Überladen mit Slidern und Optionen sind sie in der Regel eine nette Spielerei, aber lassen den User eher hilflos und auf sich selbst zurückgeworfen stehen. Um Entscheidungen zu fördern ist es wichtig, eine sinnvolle Schrittfolge hintereinander zu schalten anstatt Gleichzeitigkeit anzubieten. Wird der Kunde im Entscheidungsprozess geführt und begleitet, kommt es auch eher zu einem Kauf. Die thematische Verortung des Konfigurators ist ein positiver Schritt in Richtung des Wunsches nach Erlebnis und Interaktion. Die meisten Anwendungen schrecken durch ihr nüchternes Erscheinungsbild ab, es macht keinen Spaß, sie zu bedienen. So ist es wichtig, den User auf eine Reise mitzunehmen.

22 22 Die postindustrielle, digitale Gesellschaft

23 Do It Yourself und Konfiguratoren 23 Freitag ist ein sehr schönes Beispiel eines Konfigurators, bei dem der User alle Teile seiner individualisierten Tasche aus den zur Auswahl stehenden LKW-Planen selbst ausstanzen kann. Mit dem Motto It s your fault selbst für sein Tun verantwortlich, wird man allerdings auch mit entsprechenden Hinweisen und Tipps versorgt, um grobe ästhetische Fehler zu vermeiden. Dadurch bekommt man bei Freitag nicht nur das Erlebnis der eigenen Wahl sondern lernt auch gleich noch etwas, wird ein Stück weit zum Taschenspezialisten. Obwohl auch hier die Tasche selbst nicht veränderbar ist, suggeriert das Interface und die Art der Interaktion einen maximalen Grad an Individualisierung, es lässt sich schnell und unkompliziert ein Wunschprodukt zusammenstellen, dass sicherlich auch häufig gekauft wird.

24 24 Die postindustrielle, digitale Gesellschaft 1.3 Fabbing Die ultimative DIY Erfindung, die Vision des Personal Fabricator als eine Weiterentwicklung der Stereolithografie [1987 als erstes Rapid-Prototyping-Verfahren auf dem Markt und stetig optimiert] leuchtet am Horizont der befreiten Produktion. Das Verfahren ist verblüffend einfach: im sogenannten Schichtaufbauverfahren wird ein dreidimesionales Objekt produziert, dessen Parameter in einem CAD-Programm am Computer erstellt modelliert wurden. Diese Dateien sind heutzutage sehr einfach veränderbar und damit individualisierbar. Derzeit können Metalle, Kunststoffe, Keramiken, Stärke und Kalk [für Knochenimplantate], allerdings immer nur als granulierte Monokomposition in verschiedensten Verfahren verwendet werden. Der Prozess wird oft auch Drucken genannt, denn häufig sind es simple Tintenstrahldruckköpfe, die Schicht um Schicht genau an den Stellen Granulat verbinden, wo sich auch in der Datei Material befindet. Das nicht verbundene Pulver verbleibt bis zur Fertigstellung des Objekts als Stützmaterial in dem sich absenkenden Bett, auf diese Weise können Geometrien erzeugt werden, die bisher nicht herstellbar waren. Hohlkörper in Hohlkörpern, Selbstdurchdringungen, statisch tragfähige, dreidimensionale Gitterstrukturen, anthropometrisch angepasste Formen die Möglichkeiten sind im wahrsten Sinne des Wortes endlos. Druckprozess und Ergebnis mit Gipspulver, spätere Infiltration mit Epoxydharz nötig

25 Fabbing 25 CandyFab Evil Mad Scientist Project [2007] Freedom Of Creation Janne Kyttänen [ ]

26 26 Die postindustrielle, digitale Gesellschaft Your very own Martin Güntert [2007] Airborne Snotty Vases Marcel Wanders [2001]

27 Fabbing 27 Die Gruppe um das Projekt arbeitet mit Open Source Software und frei zugänglichen, online verfügbaren Bauplänen für den eigenen Fabber. Die Macher glauben an die Vision, Innovation zu demokratisieren und hoffen, durch die Open Source Methode schneller mehrere Materialien im Druck kombinieren zu können. Adrian Bowyer von der University of Bath in England verfolgt mit dem Replicating Rapid Prototyper, kurz RepRap, ebenfalls eine kostengünstige und frei zugängliche, damit basisdemokratische Vision der selbstversorgenden Produktion. Das Konzept ermöglicht es, mit nur einer Muttermaschine alle weiteren Maschinen zu produzieren, indem die notwendigen Spezialteile direkt gedruckt werden. Alles, was an Halbzeugen benötigt wird, ist weltweit in Baumärkten günstig zu bekommen. Bowyers Preisziel liegt bei ca. 500,- Euro pro Maschine, einem Bruchteil der bisherigen Marktpreise für Maschinen dieser Art. Die Herstellung von Produkten wäre letztendlich um ein wesentliches günstiger als herkömmliche Produktionsverfah-

28 28 Die postindustrielle, digitale Gesellschaft ren, selbst wenn der Druckprozess heute noch sehr hochpreisig ist [Man bedenke hier die drastische Preisentwicklung von Computern mit deren weltweiter Verbreitung von einem elitären Gerät zu einem günstigen Massenartikel]. Kosten für Verpackung, Versand, Werbung, Verteilung über Vertriebsnetze, Ladenmieten, Steuern, Versicherungen, Gehälter und Löhne würden zum größten Teil wegfallen. Damit wäre die»ideale Fabrik der Zukunft eine Werkstatt, vielleicht sogar nur ein Schuppen oder eine Garage, in der eine einzige Maschine steht die anpassungsfähiger und flexibler ist und die von einer weitaus fortschrittlicheren Software gesteuert wird, welche sehr viel mehr Information enthält und einen kompletten Satz verschiedener Teile eines fertigen Produkts erstellen wird«2 und dabei sogar nachhaltig wäre Produktion ohne Abfall oder Verschnitt. Es ist eher unwahrscheinlich, dass gleich der Entwicklung des Farbdruckers künftig jeder über einen eigenen 3D-Drucker verfügen wird, vielmehr zeichnet sich eine Entwicklung in Richtung Copyshop bzw. Fab-Lab ab. Neil Gershenfeld vom Center of Bits and Atoms des Massachusetts Institute of Technology [MIT] ist Initiator der Personal Fabrication in den sogenannten Fab-Labs öffentliche Werkstätten ausgestattet mit dem grundsätzlichen Werkstattinventar sowie Lasercutter, Fräse, und 3D-Drucker. Hier sollen alle und insbesondere Menschen aus armen, ländlichen Gebieten Zugang haben und in Kursen lernen, die für sie nötigen oder interessanten Projekte selbst umzusetzen. Fab-Labs existieren bereits in Indien, Südafrika, Ghana, Panama, Costa Rica, Norwegen und USA und erfreuen sich hoher Frequentierung.»Eine 2 Friethjof Bergmann, Neue Arbeit, Neue Kultur, 2004, Freiamt im Schwarzwald: Arbor Verlag, S. 209

29 Fabbing 29 Dienstleistungsindustrie wird entstehen, die das einfache und rasche Fabrizieren materieller Gegenstände auf der Basis von Design-Dateien aus dem Computer ermöglicht. Ein zumindest indirekter Verbrauchermarkt öffnet sich damit der Rapid-Prototyping- bzw. Fabber-Industrie.«3 Hier eröffnet sich ein völlig neuer Sektor für das Produktdesign, da nun erstmalig die Möglichkeit besteht, im Sinne einer echten Mass Customization auch formale Parameter der Gestaltung zu öffnen und damit echte Individualisierung an Produkten anzubieten, die idealerweise in Kleinserie hergestellt würden. Es wäre Aufgabe des Design, sinnvolle Metamodelle zu entwerfen, deren variierbare Parameter genügend Optionen für individuelle Ideen geben und trotzdem nicht durch zu große Vielfalt überfordern und damit Entscheidungen verhindern. Der Schwerpunkt verlagert sich hier vom Entwurf des vermeintlich perfekten Unikats zur Gestaltung eines Handlungsspielraums, dessen Benutzbarkeit und Sinnfälligkeit dem Prinzip des Don t make me think [Steve Krug] folgen und damit hauptsächlich im Bereich des Interface- und Interactiondesign liegen. Das nachweislich zunehmende Interesse der Allgemeinheit an einer Integration in Entwicklung und Produktion rechtfertigt einen solchen Ansatz nicht nur sondern sollte als Aufruf verstanden werden. Je zahlreicher die Angebote in dieser Richtung werden, umso mehr wird das Interesse und damit die kreative Kompetenz des Users wachsen. In Hinblick auf die sich abzeichnenden gesellschaftlichen Veränderungen ist dies ein notwendiger, gestalterischer Schritt und Beitrag, den das angewandte Design zur kreativen Entfesselung Aller leisten kann und sollte. An diesem Punkt muss noch einmal betont werden, dass der ganze Entwicklungsprozess der Automation und Technologie immer auf Kopfarbeit beruhte und damit die Innovationen aus der Reihe der Kreativen Klasse [Richard Florida] kamen, jedoch zur individuellen Profitmaximierung Einzelner mißbraucht wurde. Die stetige Befreiung des entfremdeten Arbeiters durch die Maschine ist per se eine wunderbare, positive Entwicklung die künftig in der totalen Maschine, dem Personal Fabricator, ihr Ziel erreichen wird. 3 Andreas Neef, Stefan Krempl, Klaus Burmeister, Vom Personal Computer zum Personal Fabricator, Hamburg: Murmann Verlag, S. 106

30 2 ISOPT HARDWARE 2.1 Rapid Manufacturing keramischer Stoffe : Technische Keramik und Porzellan : elektromagnetische Induktion : Entwurf und Konzept : Integrative Funktionalität und Gestaltung : Innen und Außen : 60

31 Rapid Manufacturing keramischer Stoffe Rapid Manufacturing keramischer Stoffe Durch das Rapid Manufacturing Verfahren eröffnen sich für die Herstellung keramischer Produkte völlig neue Möglichkeiten. Auf herkömmlichem Weg wurden immer Formen benötigt, sei es für den Hohlguss, den Druckguss oder das isostatische Pressen. Dadurch bedingt gibt es wenig Varianz, eine Form wird immer wieder verwendet. Auch konstruktiv und geometrisch sind kaum noch Grenzen gesetzt, so muss beispielsweise nicht mehr auf Entformungswinkel geachtet werden, die einzubeziehende Betrachtung vorbildhafter Lösungen aus der Natur [Bionik], wo die Funktionenvielfalt zwar reduziert, die Funktionalität aber optimiert ist, bietet sich ebenso an. Die weiterverarbeitenden Brände dürfen jedoch nicht völlig ausser Acht gelassen werden hier gelten wieder die Erfahrungen des geübten Keramikers. Nur was den Brand übersteht wird dem Material wirklich gerecht. Das Verfahren bietet sich insbesondere für die Produktion von kleinen Stückzahlen an und damit für ein Produktionskonzept, das lokale Werkstätten einbezieht, die gleichzeitig die weiterverarbeitenden Schritte wie Dekor oder Glasur sowie Glattbrand übernehmen. Darüber hinaus müssen Ersatzteile nicht mehr auf Vorrat gefertigt werden. Es reicht aus, die erforderlichen Datensätze zu speichern. So kann dann auch bei langlebigen Produkten oder Investitionsgütern eine Ersatzteilversorgung über einen langen Zeitraum zu geringen Kosten aufrechterhalten werden. Weitere Vorteile und Potentiale des Verfahrens sind Zeit- und Kosteneinsparungen, geringerer Ressourcenverbrauch, schnellere Verfügbarkeit von Mustern und Prototypen sowie Fertigteilen, Wegfall von Vorrichtungen und formgebundenen Werkzeugen, kurzfristige Einzelstück- und Kleinserienherstellung sowie schnelle Realisierbarkeit von individuellen Kundenwünschen.

32 32 isopt Hardware Bremen_Freeze Gelation UB_Keramisches Institut: Prof. Grathwohl, 0421 / Oxidkeramiken Berlin_Bionikzentrum Leif Kniese, 030 / Schweden_InkJet FCUBIC Hersteller Urban Harrysson, General Manager Aachen_Lasersintern Fraunhofer ipt: Derichs, 0241 / Oxidkeramiken Clausthal_Lasersintern TU_Keramik: Prof. Heinrich Porzellanschlicker Köln_DKG Deutsche Keramik Gesellschaft / Meissen_Keramikinstitut Dr. Petzold, Dissertation über die Nachbehandlung lasergesinterter Porzellanmuster Dresden_Lasersintern Fraunhofer ikts: Dr. Lenk, 0351 / schwarze Siliciumcarbid- Keramik Darmstadt_Lasersintern 3D-Systems, Hochleistungskunststoffe, Klaus Eßer 0172 / Kahla_Porzellan Barbara Schmidt Belgien_Materialise Eggharter, 0032 / Karlsruhe_Inkjet Forschungszentrum: FastFab poröse Oxidkeramik Dr. Ritzhaupt-Kleissl, / Dr. Bauer, Abteilungsleiter Keramik / Deutschlandweite Recherche über RP-Verfahren und deren Resultate

33 Rapid Manufacturing keramischer Stoffe 33 Lasersintern Beim Lasersintern von Pulvern und Granulaten werden mit Aluminiumoxid [Al 2 O 3 ] und Zirkonoxid [ZrO 2 ] gute Oberflächenergebnisse erzielt. Das gesinterte Werkstück kann eine geschlossene oder offene Porosität haben, wobei die Porenbildung grundsätzlich von der Beschaffenheit des Granulats sowie des Sinterprozesses abhängig ist. offene Porosität Bei der Verwendung von Siliziumoxid [SiO 2 ] liegt die Porosität bei Prozent und hat eine offene Struktur. Diese lässt sich im Gegensatz zur geschlossenen Porosität wesentlich besser infiltrieren. Hierzu kann Schlicker aus dem gleichen Material verwendet werden. Im darauffolgenden Sinterbrand verschließen sich die Poren und es kommt zum sogenannten Sinterschwund. Die Infiltration führt allein zur Verdichtung geschlossene Porosität und Schließung der Poren, die Stabilität des Werkstücks ist nach dem Lasersinterprozess bereits gegeben. Da der zweite Sinterbrand thermisch unter der schmelzflüssigen Phase liegt und hier lediglich eine Diffusion des Schlickers in das vorhandene Modell stattfindet, wird sich das Werkstück nicht verformen. Wird mit dem Quarzgemisch Aluminium-Siliziumoxid [Al 2 O 3 SiO 2 ] gearbeitet, ist keine weitere Nachbehandlung nötig, da die Oberfläche aufgrund des Quarzanteils durch den Laser direkt verglast und dicht ist, obwohl ihre innere Struktur porös ist. Die Wandstärken können hier stark variieren [sie müssen nur kontinuierliche Übergänge haben, wenn anschließend der herkömmliche Glattbrand stattfindet, z.b. bei Verwendung von Porzellan]. Al 2 O 3 SiO 2 verfügt über eine grosse Temperaturbeständigkeit ist jedoch nicht thermoschockresistent, diese wird nur bei Verwendung von reinem SiO 2 erreicht, dessen Ausdehnungskoeffizient bei null liegt. Ein grundsätzliches Problem sind die Oberflächenergebnisse bei der Verwendung von Granulaten. Je nach Schichtdicke, von 20µm - 100µm, hier 40µm, erzielt man feinere oder gröbere Strukturen, immer jedoch eine rauhe Oberflächenstruktur, die auf das Pulvermaterial und das Materialverhalten beim Sinterprozess [keine scharfen Kanten, fließender Sinterübergang] zurückzuführen ist.

34 34 isopt Hardware Das Institut für nichtmetallische Werkstoffe der TU Clausthal-Zellerfeld hat unter Prof. Jürgen Heinrich ein Lasersinterverfahren zur hochwertigen Herstellung von Porzellanteilen patentiert. Das sogenannte Laywise Slurry Deposition Verfahren, kurz LSD, arbeitet mit anorganischem Porzellanschlicker, der per Rakel schichtweise auf das Bett aufgetragen wird. Im Gegensatz zu organischem Schlicker führt die Verwendung anorganischen Porzellans weniger zu Schrumpfung und Rissen, die insbesondere bei der üblichen Verwendung von Pulvern und Granulaten auftreten. Die TU Clausthal ist der einzige Experte in der Verarbeitung von Porzellan, erstaunlicher Weise hatte die Keramikindustrie bisher kein Interesse an diesem Verfahren. Es werden Scherben von großer Dichte mit geringer Porosität erreicht [die Porosität ist temperaturabhängig, je heißer der Laser, desto niedriger die Porosität. Laserleistung, Schlickerzusammensetzung, Korngrößen und deren Verteilung haben ebenfalls Einfluss auf die Porosität]. Die Oberflächen sind gut, Glasuren wurden probeweise bei Rosenthal gebrannt mit ebenfalls gutem Ergebnis. Das Herauslösen des fertigen Teils aus dem Schlickerbett birgt allerdings bei Hohlformen die Gefahr, dass durch Quellen des verflüssigten, überschüssigen Schlickers das Werkstück zerstört wird. Das Lasersinterverfahren für Porzellan der TU-Clausthal-Zellerfeld wird für die Herstellung von isopt angestrebt. Eine Schicht Schlicker wird mit dem Rakel über das Bett gezogen Der Laser versintert die Schlickerschicht mit dem darunter liegenden Material

35 Rapid Manufacturing keramischer Stoffe 35 Stereolithografie Die Stereolithographie benutzt das Prinzip, ein flüssiges Monomer durch Licht einer Frequenz zu polymerisieren. Unter Einwirkung von UV-Licht verketten sich die Monomere zu Polymeren, wodurch das Material in den festen Zustand übergeht. Sie ist an die Verwendung eines Photopolymers geknüpft, deshalb werden in der Regel Kunststoffe, z.b. Epoxydharz verwendet. Die Universität in Limoges hat mit Stereolithografie und der Verwendung von Keramik geforscht und die Ergebnisse an 3D Systems verkauft, die darauf folgend keine Maschinen gefertigt haben, da die Anwendungsmöglichkeiten ihrer Meinung nach begrenzt waren. Inkjet-Druckverfahren Beim Inkjet-Druckverfahren wird mit Pulver oder Granulat gearbeitet, das im Druckprozess durch ein Bindemittel stabilisiert wird. Die Verwendung von Oxidkeramiken und spätere Infiltration mit beispielsweise Inceram von Vita, ein glasartiger Stoff aus dem Dentalbereich, und einem Brand bei 900 C würden ein verwendbares Ergebnis erzielen. Die Oberfläche wäre lebensmittelecht, glatt und ästhetisch. Da die Brenntemperatur unter der schmelzflüssigen Phase liegt, gäbe es keine Schwindung oder Rissbildung. RPFG: Rapid Prototyping Freeze Gelation Beim RPFG, das am keramischen Institut der Universität Bremen unter Prof. Georg Grathwohl entwickelt wurde, wird gefriersensitiver Schlicker aus Aluminium-, Zirkon-, Titan- oder Spinelloxid in eine Form gegossen und schockgefroren. Je schneller der Gefrierschock, desto feiner wird die Struktur und damit die Oberfläche. Die Form bleibt stehen, es gibt keine Schrumpfung, da die organischen Bestandteile gefroren und so von der Keramik getrennt werden. Beim Brand verdunstet das Wasser, was eine hohe Porosität zur Folge hat. Auch hier wird mit feinkörnigem Schlicker des gleichen Materials oder mit Barisol im zweiten Schritt infiltriert. Das Verfahren erzielt gute Ergebnisse. Eine Kooperation mit der Universität Aachen für den Brand besteht.

36 36 isopt Hardware 2.2 Technische Keramik und Porzellan Silikatkeramik als älteste Gruppe aller Keramiken hat sie einen dominierenden Anteil an den feinkeramischen Erzeugnissen. Wesentliche Bestandteile dieser mehrphasigen Werkstoffe sind Ton und Kaolin, Feldspat und Speckstein als Silikatträger. Daneben werden auch Komponenten wie Tonerde und Zirkon zur Erzielung spezieller Werkstoffeigenschaften, z. B. hoher Festigkeiten, verwendet. Im Sinterbrand entsteht neben den kristallinen Phasen meist ein hoher Anteil [> 20 Prozent] an Glasphase, deren wesentlicher Bestandteil Siliciumoxid [SiO 2 ] ist. Zu den Werkstoffen der Silikatkeramik zählen: Porzellan, Steatit, Cordierit [MgAl-Silikat] und Mullit. Wegen relativ niedriger Sintertemperaturen, guter Prozessbeherrschung und hoher Verfügbarkeit der natürlichen Rohstoffe ist die Silikatkeramik wesentlich kostengünstiger als Oxid- oder Nichtoxidkeramik. Letztere benötigen aufwendig hergestellte, synthetische Pulver und hohe Sintertemperaturen. Silikatkeramik kommt z. B. in der Wärmetechnik, der Mess- und Regeltechnik, der Verfahrens- und Umwelttechnik, der Hoch- und Niederspannungstechnik mit typischen Anwendungen, wie Isolatoren, Sicherungspatronen, Katalysatoren und Gehäusen, sowie bei vielfältigen Anwendungen in der Elektroinstallationstechnik zum Einsatz. Silikatkeramik findet sich weiterhin im Feuerfestbereich wieder. Oxidkeramik Unter Oxidkeramik werden alle Werkstoffe verstanden, die im Wesentlichen aus einphasigen und einkomponentigen Metalloxiden [> 90 Prozent] bestehen. Die Materialien sind glasphasearm oder glasphasefrei. Die Rohstoffe werden synthetisch hergestellt und besitzen einen hohen Reinheitsgrad. Bei sehr hohen Sintertemperaturen entstehen gleichmäßige Mikrogefüge, die für die verbesserten Eigenschaften verantwortlich sind. Einige Vertreter der Oxidkeramik als Beispiele für ein Einstoffsystem sind: Aluminium-, Magnesium-, Zirkon- oder Titandioxid. Beispiele für ein Mehrstoffsystem, als Mischoxidkeramik, sind: Aluminium- und Bleizirkonattitanat [Piezokeramik] sowie mit Zirkonoxid verstärktes Aluminiumoxid [Al 2 O 3 ZrO 2 ] als Dispersionskeramik. Die Oxidke-

37 Technische Keramik und Porzellan 37 ramik kommt in Elektrotechnik und Elektronik und vielfach als Strukturwerkstoff, also für nichtelektrische Anwendungen zum Einsatz. Sie bietet die dafür geeigneten typischen Eigenschaften wie Bruchzähigkeit, Verschleiß- und Hochtemperaturfestigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit. Am häufigsten verwendet wird Aluminiumoxid, was eine geringe Festigkeit besitzt und Zirkonoxid mit einer höheren Festigkeit, das dadurch keine Rissbildung beim Sintern erzeugt. Beide Oxidkeramiken sind transluzent und verfügen über eine schöne ästhetische Erscheinung. Oxidkeramiken verhalten sich beim Sintern wie Silikate. Sintern kann man gleichsetzen mit dem Glasurbrand: es besteht die Gefahr der Schrumpfung, Rissbildung und Verformung. Für dünnwandige Objekte ist die Oxidkeramik in der Regel aufgrund ihrer begrenzten Festigkeit und Zugfähigkeit nicht gut geeignet. Nichtoxidkeramik Sie beinhaltet keramische Werkstoffe auf der Basis von Verbindungen wie Bor, Kohlenstoff, Stickstoff und Silicium. Kohlenstoffprodukte aus amorphem Graphit gehören nicht dazu. In der Regel weisen Nichtoxidkeramiken einen hohen Anteil kovalenter [gleichwertiger] Bindungen auf. Diese ermöglichen hohe Einsatztemperaturen, sorgen für ein hohes Elastizitätsmodul und verleihen hohe Festigkeit und Härte, verbunden mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit. Die wichtigsten Nichtoxidkeramiken sind: Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Borcarbid und Bornitrid. Glaskeramik Sie besteht aus amorphem Glas und kristalliner Keramik. Herstellungsweise: Glas wird erhitzt, sodass es auf Nanoebene auskristallisiert, dadurch ist der Ausdehnungskoeffizient gleich null und damit thermoschockresistent. Bekannt sind Töpfe aus Milchglas-ähnlichem Material. Dreidimensionale Verformung von Glaskeramik ist kompliziert aber möglich und würde im zweiten, mechanischen Verarbeitungsprozess stattfinden, wie die Herstellung einer Wokplatte, die durch Schwerkraft in eine Form fließt.

38 38 isopt Hardware Keramikfolien Sie sind aus unterschiedlichsten Materialien als gefärbte oder ungefärbte Folien von der Rolle erhältlich. Verarbeitet werden sie durch Falten, Formen, Tiefziehen, Einschneiden etc. und finden beispielsweise als Zylinderkopf-Einspritzkontrollelemente in der Autoindustrie Verwendung, wo sie als geschichtete Folien mit Piezoeffekt die präzise Einspritzmenge steuern können. Faserverstärkte Keramik Ähnlich dem Glasfaserverstärkten Kunststoff [GFK] kann hier beispielsweise mit Carbon, aber auch allen keramischen Stoffen gearbeitet werden. Durch Formstrick, also mit einer Strickmaschine sind Formen erzeugbar, Webmuster sind frei wählbar. Es sind mehrere Schichten nötig, die gegeneinander versetzt werden. Es kann relativ dünn gearbeitet werden, die Ergebnsise sind sehr leicht im Gewicht und können aufgrund der Faserstrukturen nicht brechen! Denkbar ist eine Glasur bzw. Behandlung der Oberfläche innen und ein Webmuster aussen. Eine Kooperation der Universität Bremen mit Textilherstellern ist bereits vorhanden. Leitende Keramik Das goldfarbene Titannitrat kann als Material für den Lasersinter-Prozess verwendet werden oder als Beschichtung aufgedampft werden. Ebenfalls leitend ist die schwarze Siliciumcarbid-Keramik, die am Fraunhofer Institut IKTS in Dresden verwendet wird. Porzellan Unter technischen Porzellanen versteht man die Werkstoffe der Gruppe Alkali-Aluminiumsilikatporzellane, die vielfältige technische Anwendungen in der Elektrotechnik finden.als man elektrischen Strom für Technik und Haushalt zu nutzen begann, war Porzellan mit seinen herausragenden Eigenschaften wie: hohe mechanische Festigkeit, sehr gutes elektrisches Isoliervermögen und hervorragende Beständigkeit gegen chemische Angriffe vieler Art verfügbar. Die Eigenschaften des Konstruktionsmaterials Porzellan wurden ständig weiterentwickelt und verbessert. Dies führte zu den heutigen Tonerdeporzellanen, die sich vom Quarzporzellan durch deutlich höhere Festigkeit

39 Technische Keramik und Porzellan 39 und Zuverlässigkeit selbst bei extremen thermischen Dauerbelastungen [z.b C bis 550 C] oder plötzlicher Temperaturveränderung [z. B. im Kurzschlussfall] klar abheben. Auch im Langzeitverhalten unter Freiluftbedingungen [Alterung] ist Tonerdeporzellan dem Quarzporzellan überlegen und wird deshalb vor allem bei Freiluftschaltanlagen und Freileitungsisolatoren von qualitätsbewussten Anwendern eingesetzt. Neuere Entwicklungen zeigen, dass hydrophobe Oberflächen das elektrische Fremdschichtverhalten verbessern und vereinfachte Bauformen erlauben. Innovativ ist auch der Austausch von Tonerde durch Bauxit. Der neue, wesentlich preiswertere Werkstoff bietet vergleichbare technische Eigenschaften. Vorteile der Rapid Manufacturing Verfahren gegenüber der herkömmlichen Herstellung von Porzellanwaren sind die Zeitersparnis in der Formfindung und Modellphase und die komplexeren Formen, die durch das Wegfallen der Gussformen möglich sind. Beim herkömmlichen Verfahren schrumpft der Rohling in der Gussform und verformt sich entweder, wenn er zu früh = zu feucht aus der Form genommen wird oder verkeilt sich in der Form, wenn er zu stark getrocknet = zu stark geschrumpft ist. Hier liegt Potential auf funktionaler und formaler Ebene durch das Lasersintern. Kompliziertes Angarnieren von Teilen, das unter Umständen den Rohling verformen kann und im Glattbrand [1420 C] zu Rissen führen kann, entfällt ebenfalls. Das Lasersintern ersetzt gleichzeitig den Schrühbrand [980 C], sodass nur noch ein ungefährlicher, verdichtender Brand stattfinden muss, der die Poren schließt [Eintauchen in Schlicker mit feinerer Körnung]. Um die Temperaturwechselbeständigkeit von Porzellan zu verbessern, kann Zirkonoxid beigemischt werden. Da dieser Werkstoff sehr teuer ist, wäre Zirkonsilikat ein adäquater Ersatz. In technischen Keramiken genügt eine Menge von 5-8 Prozent, um die Wechselbeständigkeit bedeutend zu verbessern. Ob das auch mit Porzellan funktioniert, müsste überprüft werden. Klar ist auf jeden Fall, dass es bereits Porzellane mit entsprechend verbesserten Eigenschaften gibt. Ein relativ neuer Werkstoff, Inovan, dessen besondere Eigenschaft seine Temperaturwechselbständigkeit ist, wurde von Rosenthal entwickelt. Dieses Material wird allerdings bisher nur isostatisch gepresst.

40 40 isopt Hardware Recycling Es ist leider nur begrenzt möglich, bereits gebrannte Keramik bzw. Porzellan wiederzuverwerten. Dem Grünkörper wird immer eine kleine Menge bereits gebrannten, kleingeriebenen Materials beigemengt, aber die hierfür benötigten Mengen sind sehr gering. Allerdings sind keramische Stoffe ökologisch unbedenklich, sie zersetzen sich nicht und geben keine toxischen Stoffe ab. Löten Keramik kann man unter Argon-Schutzgas oder im Vakuum bei 850 C aktivlöten. Aktivlote schmelzen typischerweise zwischen 600 und 1000 C und werden zwischen 800 und 1050 C verarbeitet. Durch die Verwendung von Aktivloten ist ein direktes Löten von Keramik ohne zusätzliche Metallisierung möglich. Bei diesen Loten handelt es sich um metallische Lote, die aufgrund ihrer Legierungszusammensetzung [Silber-Titan, Silber-Kupfer-Titan oder Silber-Kupfer-Indium-Titan] in der Lage sind, nichtmetallische, anorganische Werkstoffe zu benetzen. Der Prozess des Aktivlötens wird durch die hohe Reaktionsfreudigkeit des Titan bewirkt. Während des Lötprozesses bildet sich in der Oberfläche der Keramik eine dünne, durchgehende Reaktionsschicht aus, die die notwendige Haftung erzeugt. Aktivlote fließen nicht wie konventionelle Lote, sodass der Kapillareffekt nicht nutzbar ist. Es können nahezu alle Keramiken sowie schwer benetzbare Metalle gelötet werden. Da die metallischen Lote eine starke Affinität zu Metall haben, muss die zu lötende Fläche so konstruiert sein, dass das Lot nicht in die innere, mit Metall versehene Kammer [siehe Induktion] eindringen kann sondern die Reaktion ausschließlich auf der keramischen Oberfläche stattfindet.

41 elektromagnetische Induktion elektromagnetische Induktion Die magnetische Permeabilität [auch magnetische Leitfähigkeit] ist die abgeleitete Größe μr, welche die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder bestimmt. Beispielwerte für ferromagnetische Metalle: Eisen μr, Ferrite μr, Mumetall [NiFe] μr, amorphe Metalle μr, nanokristalline Metalle μr. Besondere Bedeutung kommt den ferromagnetischen Stoffen bzw. den weichmagnetischen Werkstoffen [Eisen und Ferrite, Cobalt, Nickel] zu, die in der Elektrotechnik häufig zum Einsatz kommen [Elektromotor, Transformator, Spule, Induktivität] da diese die Permeabilität zum Beispiel gegenüber Luft ganz erheblich erhöhen [ μr]. Wechselstrom und Magnetfluss Energie in Form eines magnetischen Wechselfeldes wird in den Boden des Kochgeschirrs übertragen und dort in Wärme umgewandelt. Unterhalb der aus Glaskeramik bestehenden Kochfläche befindet sich eine stromdurchflossene Spule, die das magnetische Wechselfeld erzeugt. Dieses induziert in einem darüber platzierten metallischen Topf Wirbelströme, die das Metall des Topfes und von dort durch Wärmeübertragung den Inhalt aufheizen. Die dabei üblicherweise angewandten Frequenzen liegen im Bereich von etwa 25 bis 50 khz. Obwohl Induktionsbeheizung prinzipiell bei allen metallenen [stromleitenden] Töpfen, z.b. auch aus Aluminium, funktioniert, ist für eine ausreichend gute Funktion mit handelsüblichen Induktionskochfeldern spezielles Kochgeschirr mit Böden aus ferromagnetischem Material notwendig. Das magnetische Wechselfeld der Induktionsspule breitet sich ohne Topf in alle Richtungen aus und wird von gut leitenden, nicht ferromagnetischen Töpfen sogar abgestoßen. Der Einsatz von ferromagnetischem Material im Topfboden bewirkt eine Bündelung dieses Feldes, wodurch die abgestrahlte elektromagnetische Energie gezielt in die elektrisch leitende Unterseite des Topfes übertragen wird. So wird einerseits das erforderliche Feld geringer, andererseits wird die Abstrahlung an die Umwelt minimiert. Die Ummagnetisierungsverluste im Topfboden liefern über die Wirbelstromwärme hinaus zusätzliche Wärme. Sie tragen etwa 1/3 zur Heizleistung bei. Das [ferromagnetische] Material muss weiterhin einen ausreichend höheren, spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen als das Kupfer der Induktionsspulen. Das ist bei

42 42 isopt Hardware Eisen der Fall. Um zu überprüfen, ob Kochgeschirr für Induktionskochflächen geeignet ist, kann ein Magnet an den Boden gehalten werden. Bleibt dieser haften, ist der Boden [ferro]magnetisch und damit geeignet. Die meisten Induktionskochfelder schalten automatisch ab, sobald kein oder kein geeigneter, d.h. ferromagnetischer Topf auf der Kochplatte steht. Vorteile Ähnlich wie beim Gasherd ist die Reaktionszeit bei Änderungen der Einstellung sehr gering [sehr kurze Vorwärmzeit, schnelles, genau dosierbares Anbraten]. Teilweise verhindern Sensoren ein Überhitzen nach dem Verkochen allen Wassers. Die Kochfläche bleibt neben dem Topf kühl, da diese sich nicht selbst erwärmt, sondern nur sekundär durch den Kontakt mit dem Topf erwärmt wird [sogenannte Rückerwärmung]. Die Reinigung der Kochfläche wird deutlich erleichtert, da Lebensmittelreste kaum einbrennen: die Glaskeramikoberfläche erhitzt sich nur unterhalb des Topfes durch diesen nicht jedoch auf den kritischen Flächen um den Topf herum. Energieersparnis bei kurzen Kochzeiten durch die relativ geringe erwärmte Masse, dabei gehen weder wie beim Gasherd große Teile der Energie durch Strahlung und Konvektion verloren, noch bleibt Energie in der heißen Platte deponiert [deshalb z.b. besonders geeignet für das Kochen mit einem Schnellkochtopf]. Nachteile Da für die Funktion des Induktionskochfeldes ein ferromagnetischer Boden des Kochgeschirrs empfehlenswert oder sogar erforderlich ist, können einige Typen von Edelstahltöpfen kaum sowie Aluminiumtöpfe nicht verwendet werden. Alle Glas-, Keramik- u. a. nichtleitenden Töpfe sind grundsätzlich ungeeignet, da sie über keinerlei Ferromagnetismus verfügen. Als Alternative zu teurem Spezialgeschirr empfehlen sich einfache lierte Stahltöpfe und eiserne Bratpfannen. Auch handelsübliche Edelstahltöpfe mit mehrlagigem Topfboden eignen sich für das Kochen mit Induktion. Diese sind auf der Verpackung, z.t. auch der Unterseite mit einem speziellen Symbol gekennzeichnet. Es scheint zumindest bei preiswerten Einzel-Induktionskochfeldern das Problem zu geben, dass sich diese nicht mit kleinen Leistungen betreiben lassen, was den Gebrauchswert etwas einschränkt. Man darf sich darüber auch durch die Anzahl der Leistungsstufen nicht hinwegtäuschen lassen.