Oberflächentechnik
Die Bedeutung der Oberfläche im Produktdesign
Was ist Industrie Design?
Industriedesign bildet die Verbindung zwischen der Konstruktion und dem Benutzer eines Produktes. Design ist im Vergleich zu Styling mehr als nur Farbe und grafische Gestaltung. Design folgt einer Funktion und ist eine umfassende Betrachtungsweise, die beim Produktziel beginnt, die Bedürfnisse des Benutzers, den Einsatzbereich, kulturelle Einflüsse und Firmenvorgaben berücksichtigt. Diese Einflüsse werden in der Formgestaltung, im Material, der Oberflächentechnik und -beschaffenheit eines Produktes wiedergegeben.
1. Einführung in das Thema Oberflächentechhnik
Der Begriff “oberflächlich” hat im allgemeinen Sprachgebrauch einen negativen Touch. Laut dem Duden ist er “ohne geistige Tiefe, nicht gründlich, flüchtig”. Als Designer befasse ich mich täglich mit Oberflächen von Produkten. Ich sehe Oberflächen, also die Haut oder Außenfläche eines Produktes, gleichermaßen mit meinen Augen und fühle sie mit meinen Händen.
“Begreifen kommt von greifen”
Hier wird klar, dass Produkt-Oberflächen oder die Hülle eines Produkts eine viel höhere Bedeutung inne haben als ihre bloße Erscheinung. Oberflächen geben einen ersten Eindruck und gelten als Schnittstelle zwischen einem Produkt und seinem Nutzer.
Was zeichnet eine Oberfläche aus?
Die Farbe, Struktur, Kontur, Haptik und Materialität bilden die Basis einer passiven analogen Oberfläche. Ein Surface soll gut aussehen, angenehm zu fühlen sein und entsprechend der Anwendung andere Anforderungen erfüllen.
Oberflächentechnik
Als Oberflächentechnik bezeichnet man alle Technologien zum Verändern der Eigenschaften von Oberflächen. Die Oberfläche ist die nach außen sichtbare Fläche eines Körpers oder Volumen. In der Theorie werden die Funktion des Volumens und der Oberfläche eines Bauteils oder Werkzeugs getrennt. Das Volumen vereint z.B. die Funktionen wie Form, Gewicht, Festigkeit und Preis. Die Oberfläche kann durch die Verfahren der Oberflächentechnik ganz andere Eigenschaften aufweisen als das Volumen, entsprechend für die jeweilige Anwendung. Die technischen Verfahren der Oberflächentechnik gehören zu den Verfahrensklassen Beschichten und Stoffeigenschaft ändern.
Beispiele
Das Volumen eines Zahnrades für Getriebe im Anlagenbau hat eine bestimmte Form, Durchmesser und Zähnezahl. Die Zähigkeit des Stahls im Inneren ermöglicht es Kräfte aufzunehmen. Die Oberfläche bzw. Randschicht der Zähne ist hingegen gehärtet als mechanischer Schutz vor Verschleiß. Das Beschichten von Stahl, so genanntes Coating, wird bei Windkraftanlagen im Küsten- und Offshorebereich mit hoher Salzbelastung als Korrosionsschutz angewandt. Auch in der Branche der Medizintechnik findet das Coating Anwendung bei der Herstellung von Tabletten. Die Tabletten, Pillen oder Dragees bekommen im Tablettenbeschichtungsprozess eine zuverlässige Schicht aus einem Zuckergemisch. Die Beschichtung kann zum Schutz der Tablette vor Magensäure oder der verzögerten Freisetzung von Wirkstoffen dienen.
Negative Eigenschaften eines Produktes fallen uns schneller auf. Als Beispiele dafür sind scharfe Kanten, zu großes Volumen bei einem Griff oder eine fehlende Rutschfestigkeit bei einer Trinkflasche zu nennen. Wenn ein negativer Eindruck erst einmal entstanden ist, kann dieser nur schwer in das Gegenteil gedreht werden.
Schon im Designprozess muss ein Produkt daher ganzheitlich betrachtet werden:
- Welche Zielgruppe hat das Produkt?
- Welchen Einsatzbereich hat es und wie soll es verwendet werden?
- Welche Emotionen soll es auslösen?
- Welche Qualität soll das Produkt haben?
- Ist es hochpreisig oder günstig?
- Wie wird es hergestellt oder bearbeitet
- aus welchem Material soll es bestehen?
Diese Informationen stehen im Fokus für die Formgestaltung und bestimmen ein Produkt von Anfang an.
Machen Sie sich selbst ein Bild unserer Tablettenpresse und fordern Sie auf Wunsch gerne weiteres Infomaterial an.
2. Oberflächen im Design
Im Folgenden will ich auf die Bedeutung der Oberfläche im Design eingehen. Welche Forschungen zur Oberflächenbeschichtung, Oberflächentechnik und Oberflächenbearbeitung existieren, erfahren Sie in meinem Bericht. Mein Augenmerk liegt darin, wohin die Reise im Oberflächendesign und der Oberflächentechnik in Zukunft gehen wird.
Für die Kaufentscheidung eines Produkts spielt die Oberfläche eine entscheidende Rolle. Visuelle und haptische Eigenschaften führen zu bewussten und unbewussten Entscheidungen, die uns oftmals ein Produkt positiv oder negativ bewerten lassen. Ein gutes Produkt zeichnet sich darin aus, dass es sich in seinen Kontext einfügt, dadurch eher unauffällig ist und gut funktioniert. Die Form wirft beim Nutzer also keine Fragen auf.
2.1 Vergleich zu Konsumgütern und Investitionsgütern
2.1.1 Konsumgüter
Als Konsumgüter werden Produkte bezeichnet, die für den Endkunden bestimmt sind, wie etwa Autos, Smartphones, Kleidung oder Möbel. Sie sind einem bestimmten Trend unterworfen. Trends sind von kurzer Dauer und ändern sich durchschnittlich halbjährlich, um Impulse zu schaffen, neue Produkte zu erwerben. Immer kürzer werdende Modellwechsel, besonders bei technischen Produkten sorgen dafür, dass die letzte Generation trotz voller Funktionalität an Wert verliert.
Trends werden von überkulturellen Megatrends beeinflusst und sind bestimmende Faktoren, wie beispielsweise die Digitalisierung, gesellschaftliche Einflüsse, neue Technologien und der Wunsch nach Veränderung bzw. Abwechslung. Hohe Qualität spielt für Verbraucher eine immer stärkere Bedeutung. Die Mode bestimmt in der Regel Farbtrends. Aktuelle Trendfarben finden sich mit einer Verzögerung von ein bis zwei Jahren in den Geschäften. Erst nach fünf bis sieben Jahren sind die Farben bei Automobilen zu sehen. (1)
2.1.2 Investitionsgüter
Investitionsgüter werden alle Produkte bezeichnet, die der weiterverarbeitenden Industrie gehören und dazu dienen Konsumgüter herzustellen. Dies sind zum Beispiel Presswerkzeuge, Lackieranlagen, Verpackungsmaschinen, Bearbeitungszentren und per Hand bediente Elektrowerkzeuge wie Spritzpistolen oder Druckluftnagler.
Langlebigkeit, besondere Funktionen, hohe Qualität und größere Investitionen zeichnen diese Art der Produkte aus und sind unabhängig von Trends. Ihre Formen sind quasi zeitlos, aber einem Zeitgeist unterworfen, haben im Allgemeinen klare Linien und experimentieren nur geringfügig mit Form und Farbe. Schließlich sind manche Maschinen 20 -30 Jahre bei der Arbeit im Einsatz und sollen dann immer noch modern und zeitlos wirken.
In der Lebensmittelbranche und Branche der Pharmazie herrschen strenge Vorgaben bezüglich der Materialwahl, Farben und Oberflächenbehandlungen. Ausschließlich erlaubt sind wegen hygienischer Gründe nur Makrolon, Polyarcryl, Edelstahl und detektierbare blaue technische Kunststoffe. Auf diese Weise können in der Prozesskontrolle fehlerhafte Produkte zeitnah entdeckt und eine Chargenvernichtung unterbunden werden. (2)
Erlaubt sind andere Farben und Lackierungen im Außenbereich hingegen schon, weil die Maschinenteile nicht direkt mit den Lebensmitteln in Berührung kommen. Die Lacke und Überzüge müssen besondere Ansprüche erfüllen, wie Wasserbeständigkeit, Resistenz gegen Chemikalien, Reinigungsmittel und Wärme.Alternativ zum Lackieren finden Lasertexturieren und das elektrolytische Einfärben (Ätzen) ihre Verwendung in den beiden genannten Industriesektoren. Metallische Farbtöne sind in Gelb, Rot, Grün, Blau und Schwarz vertreten. Mit Schablonen kann jede beliebige Grafik oder Muster auf die Oberfläche geätzt werden.
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Erfahren Sie hier, welche Anforderungen an das Hygienic Design gestellt werden!
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3. Anforderungen an die Oberfläche im Design
3.1 Funktional
Konsumgüter und Investitionsgüter gleichermaßen müssen besondere Anforderungen an die Oberfläche erfüllen. Der Großteil der Oberflächen soll eine lange Haltbarkeit aufweisen, neu aussehen, die Anmutung bewahren und sich nicht über die Zeit verfärben. Bei der Oberflächengestaltung spielt das Thema Kratzbeständigkeit bei gleichzeitiger Biegeumformbarkeit eine große Rolle. Beide Funktionen werden von Beschichtungssystemen mit Kompositlacken bereits erfüllt. Aktuelle Forschungen gewähren einen Einblick in spannende Ideen und Ergebnisse, die auch für das Design neue Denkanstöße bringen.
“no fingerprint”
Vom Fraunhofer Institut IFAM Bremen wurde ein Beschichtungssystem entwickelt, welches auf beliebig geformten Oberflächenstrukturen aus Metall und Kunststoff die unbeliebten Fingerabdrücke unsichtbar machen soll. Vor allem Metalloberflächen mit geringen Rauhheitsgrad im Bereich 0,3-1,0 µm (ra) sind für das neue Verfahren geeignet, wie zum Beispiel bei Armaturen und Schaltern. Sehr glatte Oberflächenstrukturen wie Glas sind für dieses Verfahren hingegen ungeeignet.
Eine inhomogene Schicht von 170 bis 210 nm imitiert die Struktur eines Fingerabdrucks, wodurch sich dieser optisch nicht auffällt. Die Struktur hat eine hohe Transparenz, was die Oberfläche kaum merklich verändert. Die Kombination mit anderen Schichtfunktionen, wie zum Beispiel Schmutzabweisung oder Korrosionsschutz zu multifunktionalen Schichten möglich. Nach der Beschichtung bleibt das Material biegsam und lässt sich schweißen.
Das Beschichtungsverfahren ist bisher nur auf kleine Bauteile beschränkt. Bei Investitionsgütern könnte die Beschichtung den Arbeitsgang des Bürstens metallischer Oberflächen reduzieren.
“Mikrostrukturierung”
Das Auftragen von Strukturen in Lackoberflächen mit anschließenden Füllen und Aushärten mit UV-Licht kann im Überzug jegliche gewünschte Struktur erzeugen.
Auf diese Weise erhält er eine zweite haptische Komponente, die Strömungswiderstände bei Schiffen und Flugzeugen minimiert.
Optische Effekte wie Hologramme lassen sich mit Mikrostrukturierung auch realisieren. (4)
“Reinigung”
Im Maschinenbereich könnte das Problem der Reinigung von Schmutz und Ölen mit dem Aufbringen einer durchsichtigen Beschichtung behoben werden, die schaltbare Polymer-Bürsten beinhaltet. Die abriebfeste Beschichtung, die die gegensätzliche Eigenschaften wasserabweisend und wasseranziehend vereint, verhindert das Benetzen oder Festhängen von Öl. Ohne Einsatz zusätzlicher Reinigungsmittel kann die Oberfläche problemlos mit Wasser abgespült werden. (5)
“Selbstreinigung”
Die Beschichtung mit einem photokatalytischen Lack bewirkt eine Umwandlung von Schmutz in CO2 & Wasser, sobald UV-Licht auf die Außenschicht trifft. Keime werden dank der besonderen Eigenschaften des Materials ebenfalls getötet.
Empfehlenswerte Anwendungsbereiche sind hygienische Oberflächen im Kühlschrank, Arbeitsplatten oder Handläufe in öffentlichen Einrichtungen. In der Medizintechnik wäre der Einsatz einer Selbstreinigung auch denkbar.
“Selbstheilung”
Von der Chemikerin Anastassija Wittmer, die beim Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM Bremen arbeitet, wird an selbstheilenden Lacken geforscht. Mechanischer Abrieb, UV-Licht und innere Spannung führen zu Mikrorissen und können weitere Bauteilschäden durch Korrosion an Komponenten verursachen. Die Selbstheilung basiert auf der speziellen Polymerarchitektur bei Polymeren, die dazu fähig sind, reversible physikalische Bindungen auszubilden.
“Geruchsneutralisierung”
Mein Designerkollege Toshiki Yabushita entwirft Produkte, die eine Beschichtung aus Bambuskohle haben und damit bedruckt werden.
Die Bambuskohle arbeitet wie ein Aktivkohlefilter, was zur Neutralisierung unangenehmer Gerüche an Kleidung oder Sporttaschen führt.
Per Siebdruckverfahren wird die Beschichtung aufgetragen, ist waschbar und läßt sich grafisch gestalten.
Glanz und Mattheit
In der oberflächlichen Struktur ist die Wertigkeit eines Produktes ersichtlich. Glanz stand eine lange Zeit für edle Produkte, Luxus, Exklusivität, Hochwertigkeit und Wohlstand. Er zeigt sich bei Klavierlacken, poliertem Tafelsilber und funkelndem Schmuck. Das Gegenteil bildete das Matte mit seiner Einfachheit, Schlichtheit, in naturbelassenen Möbeln und dem Gewöhnlichen.
3.2 Emotionen
Selbstverständlich lösen Oberflächen beim Benutzer durch ihre visuelle Erscheinung, Material, Klang, Temperatur und Haptik verschiedene Emotionen hervor. Beispielsweise hochwertig oder günstig, zerbrechlich oder stabil oder langlebig. Zudem ist die Farbe ein großer emotionaler Faktor. Laut Andreas Enslin, Chefdesigner bei Miele, müssen Farbaussage und Produktaussage übereinstimmen. Farbe kann die Wertigkeit eines Produkts unterstreichen. Aufwändigere Lacke mit Metall-, und Tiefeneffekten heben die Wertigkeit hervor und verdeutlichen den Unterschied zu günstigeren Produkten. Bei höherwertigen Produkten werden weniger Farbe und unauffälligere Farbtöne verwendet und es kommen andere Materialien, wie Edelstahl, zum Einsatz. Edelstahl transportiert Assoziationen wie Langlebigkeit, gute Reinigung und steht damit auch für Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit eines Produktes. (7)
Diese Grenze ist heute verwischt, weil Glanz und Mattheit gleichberechtigt neben einander stehen. Neben einem Matt-Schwarz ist ein glänzendes Weiß anzutreffen. Wenn Glanz im Trend liegt wird Mattheit als exklusiv gesehen und umgekehrt. In den letzten Jahren konnten wir verstärkt matte Oberflächen bei Autos und Konsumgütern feststellen, was aus dem Wunsch heraus nach Andersartigkeit oder dem Besonderen resultiert. Die Zeiten, wo mit matten Beschichtungen Fehler verdeckt werden sollten, haben sich lange überlebt. Das Mattschwarz hat sich den Ruf eines understatement zum Gegenpol des Hochglänzenden und parallel zum Teuren entwickelt. (8)
Aktuell findet sich unter dem Mattschwarz wieder Farbe und steht direkt neben glänzendem Gold.
Beide Oberflächenarten haben nach dem Beschichten weiterhin mit Problemen zu kämpfen. So muss man bei glatten Ausführungen, wie sie oft bei Smartphones verwendet werden, laufend Putzen, um es von Schmutz und Fingerabdrücken zu befreien. Matte Surfaces sind bezüglich Kratzbeständigkeit problematisch, da häufig genutzte Stellen nach gewisser Zeit aufpoliert aussehen.
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Chrome Metall
Wer an Wertigkeit, Glanz und Mattheit denkt, der kommt an Chromoberflächen nicht vorbei. Verchromungen sind mit einem hohen Aufwand verbunden und die Galvanisierung mit Chrom III oder Chrom VI nicht sonderlich umweltfreundlich. Seit 2017 besteht zudem ein Zulassungsverfahren im Umgang mit sechswertigem Chrom und Chromtrioxid, was die Industrie zur Erforschung alternativer Oberflächentechniken drängt.
Als Alternative führt das kompetente Unternehmen Ropal Europe AG Beschichtungen in “Chrome Optics” in seinem Portfolio. Bei dem für die Umwelt zuträglichen Verfahren wird komplett auf Chrom verzichtet. Es können Metalle und Kunststoffen gleichermaßen damit beschichtet werden.
Auf einer grundierten Oberfläche wird über den PVD Prozess ein Metall wie Aluminium aufgedampft und danach ein Decklack aufgetragen, der den gewünschten Glanzeffekt erzeugt. Farb-, und Eloxaltöne lassen sich mit dem Verfahren ebenfalls realisieren. Die “Chrome Optics” haben einen Korrosionsschutz, sind auf komplexen Oberflächen nutzbar und sowohl bei Biegung als auch Torsion beständig. Auf der K-Messe im Oktober 2016 hatte die Firma Nanogate AG das gleiche Verfahren gezeigt, dass bislang jedoch nur für Anwendungen auf Kunststoffoberflächen vorwiegend für den Automobilsektor gedacht ist.
Farbe
Zentrales Thema in der Gestaltung sind Farben. Farben, durch Pigmente erzeugt, werden meist als Lacke in Lackieranlagen mit Spritzpistolen oder in Tauchbecken aufgetragen. Bei Kunststoffen werden die Pigmente direkt dem Material in der Herstellung beigemischt. Wonach werden Farben ausgewählt? Die Wissenschaft erforscht sie wegen ihrer psychologischen Wahrnehmung und Wirkung auf uns Menschen. Farben lösen bei jedem von uns unterschiedliche Gefühle, Sichtweisen und Bedeutungen aus. Unsere Umwelt und Erfahrungen wirken hier mit.
Die Bedeutung und Wahrnehmung spiegelt sich natürlich in der Produktgestaltung wieder und wird gezielt für Marketingzwecke in der Werbung eingesetzt. Ausgelöst durch ein allgemeines Umdenken in der Ernährung und der Nahrungsmittelproduktion verabschiedete sich McDonalds von seinem knallig roten Hintergrund, der mit günstig und ungesund in Verbindung gebracht wird. Jetzt ist ein gedecktes Grün zu sehen, um die Punkte Gesundheit, Nachhaltigkeit und Ökologie in den Vordergrund zu rücken. Blau wird als kühle Farbe wahrgenommen, steht in seiner Tönung für Coolness, Frische, Tiefe und Wasser. In der Digitalisierung und Technologie tritt sie oft in Erscheinung. Elektronikartikel, die in blaues Licht getaucht sind, werden besser verkauft.
Bei Lebensmittel sollte man das tunlichst unterlassen, da diese sich im blauen Licht braun und schwarz färben und die Assoziation von Verdorbenem wecken. Warmes Licht mit natürlicher Farbwiedergabe lassen Obst und Gemüse frisch aussehen.
“farbig ist nicht gleich bunt”
Wenn Farben in der Produktgestaltung eingesetzt werden, dann muss dies gezielt und betont geschehen. Sie codieren beispielsweise eine Firmenkultur, Zielgruppe oder Branche. Der gezielte Einsatz von Farben lässt bei Investitionsgütern bestimmte Funktionen, Farben oder Signale in den Mittelpunkt rücken. Sie sind aus Sicherheitsgründen teils sogar vorgeschrieben. Als Beispiel sind hier Gurte und Ösen im Anlagenbau genannt, bei denen ausgewählte Farben eine bestimmte Traglast kennzeichnen.
In der Lebensmittelindustrie sind bezüglich Oberflächentechnik viele Lackierungen verboten. Die Hygiene steht an erster Stelle, weshalb hier oft Edelstahl statt lackierten Flächen zum Einsatz kommt. Kunststoffteile müssen den Vorschriften zufolge blau sein, damit sie zwischen den Lebensmitteln leicht auffindbar sind. Farben tragen neben der Form und Funktion dazu bei einem Produkt und Unternehmen eine Wiedererkennung am Markt zu geben. Eine Farbe alleine kann ihre Wirkung erst in Zusammenspiel mit der Form eines Produktes entfalten. Neben der funktionalen signalhaften Wirkung, kann natürlich die Besonderheit einer Farbe eine bestimmte Form noch besser hervorheben und uns für ein Produkt noch mehr begeistern lassen. Die hohe Qualität einer Arbeit lässt sich so durch Oberflächentechnik betonen.
Bei Konsumgütern ist der Farbeinsatz auf der Oberfläche viel größer. Hier sind etwa Sportartikel zu erwähnen, bei denen der Lifestyle, Beweglichkeit und Freude im Zentrum steht. Die positive Lebenseinstellung des Nutzers wird mit kräftigen Farbtönen und Effektlacken wiedergegeben.Die Basis einer jeden Farbe ist das Pigment. In der Industrie wird auf eine wirtschaftliche Herstellbarkeit von Farben besonders geachtet, auf einen dünnen Farbauftrag und dass diese stabil bleiben sollen. In der Gestaltung hingegen sind andere Gesichtspunkte deutlich interessanter.
“Ich finde es ziemlich langweilig, wenn Farben den ganzen Tag über gleich aussehen. Farbe atmet mit dem Licht”, sagte die Designerin Hella Jongerius, die zugleich Farbexpertin ist. (9) Die Chemikerin Dr. Katrin Trautwein pflichtet ihr bei, da sie eine schöne Farbe für die Architektur und Innenarchitektur mit drei Bedingungen definiert, mit dem Pigment als Grundlage.
- „1.Tiefe – damit wird Haptik und Wert vermittelt,
- 2. spektrale Vielfalt – damit wird eine harmonische Wirkung mit anderen Farben und mit Kunstlicht garantiert, und
- 3. Leuchtkraft – denn funkelnde Farben erhöhen die Lichtreflexe und vertiefen die Schatten im Raum.“
Die Pigmente sollten ihrer Meinung nach eine Größe haben, die lichtdurchlässige Poren entstehen lassen, um mehr Tiefe zu erzeugen. Pigmente müssen das Licht mehr spiegeln als streuen, damit Farben stärker leuchten. (10)
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Trends
4.1 Farbtrends
Unter dem Motto “Parallax” präsentierte BASF Coatings die Trends 2016/2017 für die Lacke der Automobilindustrie in der Oberflächentechnik. Individualisierung, die Sehnsucht nach Authentizität und Natur andererseits und der wachsenden Digitalisierung unserer Umwelt auf der einen Seite, spiegelten sich in den 65 Farbtönen wieder. Die Digitalisierung des Alltags wird besonders durch künstliche, metallic-blaue, silberne und weiße Farbtöne geprägt. Als Gegenspieler haben sich Authentizität und Emotionen in farbenfrohen wie natürlichen Farbgebungen etabliert, die mit innovativen Pigmenteffekten für Aufmerksamkeit sorgen. (11)
Die Farbtrends 2019/2020 der Kollektion „ACT/9“ von BASF stehen für eine dynamische Herangehensweise an die Herausforderungen der Zukunft. Gemeint ist damit der Versuch des Einklangs von digitaler Innovation und den Bedürfnissen der Menschen. Wichtiger Aspekt sei dabei die Entstehung neuer Produkte aus einem Zusammenspiel von einem neuen Bewusstsein im Umgang mit Ressourcen und der Akzeptanz von computergestützten Hilfsmitteln. (12)
4.2 Materialtrends
Die von der Firma Cosentino eingesetzte Oberflächentechnik, der Nachbildung von Naturstein hat das neue kompetente Material “Dekton” hervorgebracht.
Dekton hat eine ultrakompakte Struktur und wird aus anorganischen Rohmaterialien hergestellt, die auch zur Fertigung von Glas, Porzellan und Quarzoberflächen eingesetzt werden. Der künstliche Kompositstein entsteht mittels Unterstützung der Partikelsinterungstechnologie (PST) aus Silizium-Aluinaten und Siliziumdioxiden. Im Rahmen des technologischen Herstellungsprozesses werden metamorphe Vorgänge von Naturstein beschleunigt ausgeführt.
Die Plattenware beeindruckt mit einer UV-Beständigkeit, Kratzfestigkeit und Fleckenresistenz. Gegen Feuer und unterschiedlichen Temperaturen ist sie ebenfalls resistent.
Als sehr spannend zu bewerten sind zusätzlich zu den technischen Eigenschaften besonders die zahlreichen Designmöglichkeiten in der Farb-, und Oberflächengestaltung zu nennen. Für Architektur und Design eröffnen sich neue Möglichkeiten und Kombinationen für moderne Produkte mit hoher Qualität. Die künstliche Herstellung ermöglicht in der Bearbeitung eine sehr einfache Personalisierung der Oberfläche durch Farbe und Struktur. (13)
Die Haptik ist eine weitere Eigenschaft eines Produktes neben Material und Farbe, die von wichtiger Bedeutung ist. Wir erfassen unsere Umwelt nicht nur mit den Augen, sondern begreifen und ertasten sie auch mit unseren Händen und Füßen.
Gewicht, Formen, Temperaturen, Konturen und Struktur können wir aktiv erfühlen. Uns wird darüber ein Eindruck vom Produkt vermittelt. Natürlich sollen sich Oberflächen angenehm anfühlen oder gut in der Hand liegen.
Zum Erzielen einer bestimmten Haptik gibt es verschiedene Oberflächentechniken. Eine aufgeraute Oberfläche gibt guten Halt beim Drehen von Knöpfen. Das kann durch Bürsten von Metallen wie Messing oder Edelstahl erreicht werden. Eine andere Methode ist das Strahlen von metallischen Werkstücken mit feinem Sand oder Glasperlen, dem sogenannten Strahlmittel.
Mit Virtual Reality (VR)-Brillen können wir uns im virtuellen Raum bewegen, einzig fehlt hier das haptische Feedback. Kompetente Designer und Entwickler sind mit neuen Oberflächentechniken gefordert, die digitalen Welten für den ganzen Körper zu einem Erlebnis werden zu lassen. Auf diese Weise lässt sich der gewohnte Bezug zur Umwelt für eine perfekte Illusion wiederherstellen.
Das Projekt “Haptoclone” zeigt hier einen sehr spannenden und zukunftsweisenden Ansatz des japanischen Forschungsinstituts Shinoba und Makino Lab der Universität Tokio.
Eine Bildschirmkommunikation wird zum haptischen Erlebnis. Die Entwickler erreichten dies durch Erzeugung eines Luftwiderstand in der Mitte des Raums mit sich überschneidenden Ultraschalldruckwellen.
Der Anwender kann hier ein geklontes Objekt, das auf einem Bildschirm zu sehen ist, mit der Hand scheinbar berühren. Die Reaktion auf das echte Objekt ist real. Die Bildschirmtelefonie fühlt sich mit Einsatz dieser Technik wie in der Realität an. (14) Aufgabe des Designs in der Oberflächentechnik liegt darin, wie sich solche Feedbacks im Details anfühlen.
Die kinästhetische Wahrnehmung gehört zur Haptik, die eine Bewegungsempfindung und Bewegungsrichtung gewährt. Bestimmte Empfindungen wie Drehen, Drücken, Schieben und Schwergängigkeit werden darüber erfühlt. Ein mechanischer Widerstand bei einem Drehknopf oder das Einrasten eines Hebels gibt uns ein spürbares Feedback. Gleichbedeutend ist die Vibration beim Drücken eines virtuellen Knopfes auf einer digitalen Oberfläche.
Was machen wir bei zunehmender Digitalisierung unserer Umgebung?
Unsere langjährige Erfahrung im Ertasten von realen physischen Objekten steht im Kontrast zur digitalen Welt. Aktive digitale Bedienoberflächen sind entmaterialisiert und einzig visuell zu erleben. In diesem Fall sind zusätzliche Hilfsmittel wie Vibrationsmotoren oder akustische Signale für eine frustfreie Interaktion notwendig.
6. Ausblick
Auf dem Markt gibt es immer neue Unternehmen, die 3D-Drucker anbieten und die Auflösung der Drucke erfährt eine laufende Verbesserung. Farbige Drucke, komplexe Geometrien und der Ausdruck beweglicher Teile sind realisierbar. Die Fortschritte sind deutlich ersichtlich, wie auf der Formnext Messe 2019 zu sehen war. Dennoch befinden wir uns noch am Anfang dieser neuen Fertigungstechnologie. Während in der Zahntechnik die additive Fertigungstechnologie mittels Laser Druckverfahren fast schon zum Standard geworden ist, werden im Anlagenbau nur einzelne nicht sicherheitsrelevante Komponenten aus dem 3D Druck eingesetzt. Doch 2019 hat der TÜV Süd erstmals die Freigabe für den Betriebseinsatz eines additiv gefertigten hochbelasteten und sicherheitsrelevanten Bauteils in einem Zug gegeben.
Ich denke zunehmend werden immer mehr Komponenten und Produkte per 3D-Druck gefertigt, die heute noch nicht oder nur mit hohen Aufwand gefertigt werden können. Entscheidend dafür wird eine bessere Wirtschaftlichkeit in der Herstellung sein. Schnelle Druckzeiten, kürzere Nebenzeiten bei der Nachbearbeitung und eine höhere Automatisierung werden die Kosten für Hersteller und Kunden senken.
Die Möglichkeiten einer Individualisierung für eine Serienproduktion zum Beispiel in der Medizintechnik sind enorm, da keine Zerspanungsmaschinen, Press- und Spritzgusswerkzeuge erforderlich sind. Produktionskosten bleiben für Kleinserien in einem überschaubaren Rahmen. Einzelstücke lohnen sich und Kunden können ihr Produkt noch vor Produktion in Form und Material beeinflussen. Metallische Materialien wie Messing und Stahl können mit 3D-Metalldruckern auch schon verarbeitet werden.
Designer und Konstrukteure werden hier zukünftig noch mehr zusammenarbeiten. Neue Ideen für Geometrien und Typologien von Werkstücken bedingen auch neue Ansätze in der Konstruktion. Der Individualisierungsgrad wird immer größer. Die Qualität der 3D-Drucke wird immer besser und hat einen steigenden Einfluss auf die Oberflächen, die verstärkt einen Schwerpunkt bilden werden. Hochauflösend, Glatt, glänzend wie poliert oder rau wie durch ein Strahlmittel sollen sie sein. Interessant wird es, wenn eine matte Oberfläche neben einer glatten Oberfläche im gleichen Druck entsteht.
Eine ganz eigene, für den 3D Druck typische, Oberflächenstruktur erhalten Produkte im öffentlichen Raum wie Häuser, die im Beton Druck gefertigt werden oder Brücken wie die Stahlbrücke „the bridge“ in Amsterdam, die durch Laser Auftragsschweißen von zwei Robotern bis 2019 gefertigt wurde.
In der Lackierung, der Farbgestaltung und dem Thema Beschichten gewinnt der 3D Druck auch an Wichtigkeit. Die Integration von Zusätzen mit den gewünschten Eigenschaften für die Oberfläche in den Druckwerkstoff könnte helfen, auf eine nachträgliche Lackierung und Beschichtung zu verzichten.
Gedruckte Elektronik in einem Werkstück bietet Platz für neue spannende Ideen. Eine Lösung, die die Arbeit erleichtern und innovative smarte Elektroprodukte ermöglichen wird.
Welche Beschichtungen sind erforderlich, damit Materialien eine Leitfähigkeit erhalten? Die wachsende Digitalisierung fordert immer mehr Sensoren, was zu einem riesigen Datenvolumen und hohen Stromverbrauch führt. Wie können also in Oberflächen und Lacke zuverlässig energiesparende Sensortechnik verbaut werden?
Eine Lösung dafür hat das Fraunhofer-Institut IPA. Per Siebdruck wird ein Näherungssensor aus einem Gemisch aus Silikon und Kohlenstoffnanoröhrchen flexibel auf eine Oberfläche gebracht bei geringen Herstellungskosten. Anwendungsfelder könnte Smart Home oder eine künstliche Haut für Roboter sein. (15) In Verbindung mit dem 3D-Druck sind weitere Erfolge zu verzeichnen. Leiterbahnen lassen sich drucken, während elektronische Bauteile mit dieser neuen Technologie noch nicht realisiert werden können.
Ein Beispiel ist eine vollständig gedruckte Drohne mit innenliegenden Leiterbahnen mit Silbertinte des Herstellers “Voxel8”. Auf diese Weise wird Zeit in der Produktion gespart bei gleichbleibend hoher Qualität. Eine weitere Bearbeitung entfällt.
Der Trend sich andauernd selbst zu checken und den eigenen Gesundheitszustand zu überprüfen, führt zu immer mehr Unternehmen auf dem Markt, die gedruckte Elektronik und Sensoren als Lösung in wearables integrieren. Wie sinnvoll und zuverlässig eine solche Datenflut ist, steht natürlich auf einem ganz anderen Blatt.
Wir werden also auch in Zukunft verstärkt in die Tiefe hinter die Oberfläche schauen. Für weitere tiefgründige Informationen zum Oberflächendesign bei Ihren Produkten können Sie gerne Kontakt mit uns aufnehmen.
[1] vgl. designreport 04/2010 S. 42
[2] vgl. Ens_Halbzeuge_Kunststoffe_Lebensmitteltechnik_02.pdf S.10
[3] vgl. Merkblatt 822, edelstahl-rostfrei.de S.32
[4] http://www.ifam.fraunhofer.de/content/dam/ifam/de/documents/Klebtechnik_Oberflaechen/Lacktechnik/lacktechnik_fraunhofer_ifam.pdf
[5] http://www.ifam.fraunhofer.de/content/dam/ifam/de/documents/IFAM-Bremen/presse/2013/131118_Fraunhofer_IFAM_Presseinformation_Farbe_und_Lackpre_.pdf
[6] Fraunhofer-Institut IFAM, Jahresbericht 2015/2016 S.69
Bremer Lack-Erfindung lässt Kratzer verschwinden, Weser Kurier, 17.09.2015
[7] designreport 6/2011 S.36
[8] designreport 4/2010 S.34f.
[9] „Jenseits von blau“, Süddeutsche Zeitung, 25.Juli 2015
[10] „Wandfarben“, AIT 9/2016, S. 82f.
[11] BASF_Overview_Parallax_DE_web.pdf
[12] https://www.basf-coatings.com/global/ecweb/de/content/press/press-releases/2019-06-26
[13] http://www.detail.de/artikel/oberflaechen-selbst-definieren-farbe-optik-und-haptik-
festlegen-28458/#myCarousel-109451, 26.9.2016
www.dekton.de
[14] http://www.hapis.k.u-tokyo.ac.jp/?portfolio=haptoclone&lang=en
[15] https://www.ipa.fraunhofer.de/de/zusammenarbeit/technologie-sucht-anwender/oberflaechen–und-materialtechnik/IPA_Partner_Naeherungssensor.html
