Fiber Spider
Bioinspirierte Faserverbundstruktur für leichte Konstruktionen
Die Materialstudie ‚Fiber Spider‘ stellt bioinspirierte leichte Konstruktionen aus Glasfaser mit digitalen Methoden her. Ein speziell dafür entwickelter 3D-Drucker stellt Strukturen in Interaktion mit den Anziehungskräften Gravitation und Magnetismus her. Das natürliche Vorbild für die leichte und zugleich stabile Konstruktion ist die komplexe dreidimensionale Glasfaserstruktur des Glasschwamms, der mit minimalem Gewicht beinahe unzerbrechlich ist.
Der Glasschwamm besitzt eine Tragstruktur aus Silikaten, die der industriell verarbeiteten Glasfaser sehr ähnlich sind. Das beeindruckende an seinem Skelett ist die hohe Stabilität, die mit geringem Materialaufwand erreicht wird. Das Skelett wiegt bei einer Länge von 28 cm und einem Durchmesser von 3,5 cm ca. 5 g.
Das Silikat-Skelett weist in seiner Struktur eine hierarchische Organisation des Materials von der Nanoskalierung bis zur Makroskalierung auf - von der Entstehung der Faser und der Faserbündel bis zur Ausbildung der makroskaligen räumlichen Tragstruktur. Diese Tragstruktur besteht aus Verstrebungen, die in einem rechtwinkligen Gitter angeordnet sind und durch diagonale Querstreben unterstützt werden, wodurch der Schwamm ideal Zug- und Scherspannungen widerstehen kann.
Mit generativen Designmethoden wurde eine dergestaltige räumliche Tragstruktur aus 3D gedrucktem Glasfaserverbund erzeugt.
Fiber Spider ist ein parametrisch programmierter 3D-Drucker, der mit einem speziell angefertigten Extruder und den Anziehungskräften Gravitation und Magnetismus Glasfasern als räumliches Tragwerk anlegt. Jede Faser wird programmiert, automatisiert, individuell und kräfteoptimiert im Raum organisiert. Die digitale Simulation der physischen Parameter Gravitation und Magnetismus dient als Entwurfswerkzeug zur Generierung unterschiedlicher ‚Hängemodell‘-Strukturen. Die Werte der Berechnungen werden genutzt um den GCODE - die Programmierung der Maschine - zu schreiben. Durch den Einsatz realer Parameter bilden digitale und physische Formfindung eine Einheit.
Die magnetisch manipulierten Kettenlinien-Fasern des leichten Komposits schließen an Kräfteoptimierungs-Strategien aus der Architektur wie bspw. den Arbeiten von Antoni Gaudi und Frei Otto an. Das vertikal gespiegelte Hängemodell lässt anstelle von Zugkräften reine Druckkräfte erwarten, was material- und gewichtsreduziertes Bauen ermöglicht. Die Verwendung des Glasfaser-Komposit als Material überträgt das Hängemodell konzeptionell in ein strukturelles Endprodukt. Der Einsatz des Magnetismus als zusätzliche Anziehungskraft stellt die Faser auf weitere Beanspruchungs-Richtungen neben der Schwerkraft ein.
Die Studie 'Fiber Spider' antizipiert mit der Kombination von Leichtbau-Strategien und digitaler Fertigung ein individuell einstellbares, poetisches und ressourcenschonendes Material.
