Klimaregulierung aus dem 3D-Drucker

Seit 2010 entwirft der Architekt Achim Menges jedes Jahr zusammen mit seinen Studenten der Universität Stuttgart einen Forschungspavillon, bei dem die Bionik im Mittelpunkt steht. Hierbei lassen sie sich von Konstruktionen aus der Tier- und Pflanzenwelt inspirieren und übertragen diese in die Architektur. Bereits bei früheren Forschungen wurde das Verhalten von Tannenzapfen studiert und beobachtet wie diese auf die sich verändernde Luftfeuchtigkeit reagieren. Bei einer hohen Feuchtigkeit schließen sich die Zapfen zum Schutz, während sie bei trockenem Wetter die innen liegenden Samen freigeben. Abgeleitet von der Fähigkeit sich der atmosphärischen Umwelt anzupassen, entwickelten die Studenten, zusammen mit Achim Menges, Oliver David Krieg und Steffen Reichert, ein Schichtstoffmaterial mit einem Holzfurnier, das auf unterschiedliche Luftfeuchtigkeiten reagiert. Die so genannte HygroSkin nutzt dabei ausschließlich das natürliche Schwinden und Quellen von Holz. Bei Regen verschließen sich die blütenförmig angeordneten Plättchen innerhalb weniger Minuten, bei schönem und trockenen Wetter öffnen sie sich wieder zur Belüftung. Ein Mechanismus, der automatisch stattfindet und alleine auf die Eigenschaften des verwendeten Holzes zurückzuführen ist. Damit kommt diese Art der Klimatisierung ganz ohne Sensoren und sogar ohne zugeführte Energie aus. Ein zuverlässiges System, für das keine technische Wartung nötig ist. Gezeigt wurde diese HygroScope-Installation bereits im Jahre 2012 im Pariser Centre Pompidou und dem HygroSkin – Meteorosensitive Pavilion, FRAC Centre in Orleans in 2013. Weiterführende Forschungen des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen unter der Leitung von Achim Menges, Steffen Reichert und David Correa, befassen sich aktuell mit der Übertragung der Eigenschaften dieser Furnier-Verbundelemente auf ein neues maschinell hergestelltes Material. Hierbei ermöglicht ein digital kontrolliertes 3D-Druckverfahren den Aufbau der Elemente in mehreren Schichten. Mit genau berechneten Mustern auf diesen Schichten, kann ein ähnliches Verhalten wie das der aus Holz gefertigten Teile erzielt werden. Wichtige Eigenschaften wie Steifigkeit, Porosität und Transparenz können so mit dem 3D-Druckverfahren beeinflusst und dem Prinzip der vorausgehenden Forschungsergebnisse nachempfunden werden. Die mit dem 3D-Druck erstellten Teile verhalten sich dabei ähnlich ihrem Vorbild und können ebenfalls autark auf die sich verändernden Wetterverhältnisse reagieren, ohne dass externe Sensoren oder eine Energiezufuhr nötig sind. Während die Furnier-Verbundelemente durch die Struktur und Faserung des Holzes eingeschränkt sind, bieten die im 3D-Druckverfahren erstellten Elemente mehr Variationsmöglichkeiten. So müssen auch keine Faktoren wie Größe des Furniers und Ausrichtung der Maserung beachtet werden. Das neue Herstellungsverfahren ermöglicht nicht nur eine Flexibilität in Größe und Form der wetterfühligen Elemente, sie sind zudem noch individuell programmierbar. So können beispielsweise Maße und Materialstärke der Elemente einer Einheit gleich bleiben, ihr Öffnungsgrad sowie Öffnungsrichtung aber unterschiedlich angelegt sein. Bereits bei der Herstellung wird diese Reaktion durch unterschiedliche Druckmuster und die Materialplatzierung festgelegt. Darüber hinaus kann sogar ein bestimmtes gleich bleibendes Verhalten für die Verwendung in unterschiedlichen Klimaregionen programmiert werden. So kann das 3D-gedruckte Material auch bei verschiedenen Luftfeuchtigkeiten überall mit demselben Öffnungsgrad reagieren.