Design-Award für Additive Fertigung Die acht Gewinner der 3D Pioneers Challenge 2021

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Am 22.6.2021 war es soweit: die acht Gewinner der 3D Pioneers Challenge 2021 wurden im Rahmen der Digitalmesse Rapidtech 3D prämiert. Aus 43 Finalisten wurden die Gewinner der acht Kategorien ausgewählt. Wir stellen sie vor.

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Die digitale „3DPC-Preisverleihung“ wurde in Kooperation mit dem Stuttgarter Büro Jangled nerves realisiert.
Die digitale „3DPC-Preisverleihung“ wurde in Kooperation mit dem Stuttgarter Büro Jangled nerves realisiert.
(Bild: Völcker & Völcker)

Dieses Jahr begutachtete die 21-köpfige internationale Jury Einreichungen aus 32 Ländern und 5 Kontinenten. Der Fokus der 3D Pioneers Challenge 2021 lag dabei nicht nur auf dem Kernbereich der Additiven Fertigung, sondern auch auf Innovationen im Bereich der Advanced Technologies. In einem mehrstufigen Juryverfahren wurden aus den zahlreichen Beiträgen 43 Finalisten und daraus die 8 Gewinner ausgewählt. Es wurden Preise im Gesamtwert von über 70.000 EUR verliehen.

Die Gewinner der acht Kategorien

Kategorie Fashiontech: Hexr Ltd. mit seinem maßgeschneiderten Fahrradhelm HEXR

Die individuelle Erstellung des Helms beginnt mit einem Fitting-Scan des Kopfes durch die firmeneigenen App. Die inneren Wabenstrukturen und die kleineren Helmkomponenten werden in 3D gedruckt. Der letzte Schliff sind die montierte Außenschale, Kinnriemen, Polsterung und ein optionales 3D-gedrucktes Ratschensystem. Das PA11-basierte Material besteht zu 100 % aus Rizinusöl. Es wird von Arkema über die Pragati-Initiative nachhaltig beschafft, die sich für nachhaltige Anbaumethoden, reduzierten Wasserverbrauch und faire Arbeitsbedingungen einsetzt. Der Helm wird nicht nur maßgefertigt, sondern zusätzlich mit der eigenen Gravur des Kunden personalisiert, um dem Helm eine wirklich persönliche Note zu verleihen. Der HEXR ist eines der ersten Produkte, das durch hybride Fertigung unter Verwendung von Advanced Technologies den Weg in die Massenproduktion gefunden hat.

Kategorie Medtech: 3D Medlab mit einem maßgeschneiderten Aortaklappen-Ventil

Besteht bei einem Patienten Mitralklappeninsuffizienz, wird die Aortaklappe durch ein NiTinol-Klappen-Ventil ersetzt. Diese standardisierte Lösung wird bisher nicht individuell angefertigt. Die Morbidität und Mortalität für die Patienten ist hoch. Das Projekt ermöglicht es, maßgeschneiderte Implantate zu entwickeln, die Lecks und Komplikationen reduzieren und die Überlebensrate der Patienten erhöhen. Aus anatomischen Daten des Patienten wird eine CAD-Datei seiner Aortenklappe als Referenz für die Positionierung der Knoten erstellt. Ein Netz, das die Knoten verbindet, wird entworfen und die Dicke der Streben angepasst, um die in der Klappe wirkende Kraft zu steuern. Da NiTinol schwierig zu verarbeiten ist, ist diese Methode nicht mit herkömmlichen Fertigungstechnologien möglich.

Kategorie Architecture: Lithium Designers GmbH mit 3D-gedruckten Aluminiumknoten (Projekt HivE)

HivE ist ein Pilotprojekt für den Einsatz von metallischem 3D-Druck in der Bauindustrie. Die parametrische Planung des Projekts erfolgte mit der Li3-Methode, die im Rahmen der Promotion des Gründers Dr.-Ing. Alamir Mohsen entwickelt wurde. Sie dient zur Planung von komplexen Fassaden und Gebäudehüllen. HivE enthält 134 3D-gedruckte Aluminiumknoten. Jeder Knoten ist, basierend auf seinem Belastungszustand, individuell in seiner Geometrie optimiert. Die Erzeugung und Berechnung der Knoten erfolgte in der von der Lithium Designers GmbH entwickelten Software Li3M. Diese basiert auf der Li3-Methode und bietet einen geschlossenen, automatisierten Planungszyklus für Freiformfassaden - vom Entwurf bis zur Ausführung.

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Kategorie Technology & Process: MeaTech3D mit 3D-gedrucktem Fleisch

Biodrucker und die Tissue-Engineering-Technologien ermöglichen 3D Tissue Design und Bioprinting auch für die Fleischproduktion. Dafür entnimmt MeaTech3D Stammzellen aus der Nabelschnur von Rindern. Die Zellen werden gezüchtet und dann in Fett- und Muskelzelltypen exprimiert, bevor sie zu Biotinten formuliert und in den Bioprinter geladen werden. Dieser schichtet die Zellen sowie Zellnährstoffe in einer Matrix zu einer drei-dimensionalen Form aufeinander. So kann die komplexe biologische Gewebestruktur von Fleisch nachgebildet werden. Die gedruckten Grundstrukturen werden in Inkubatoren übertragen, wo die Zellen zu Gewebe heranreifen. Das im MeaTech-Verfahren erzeugte Fleisch soll so ein authentisches Mundgefühl mit Textur und Geschmack wie Rindfleisch erschaffen.

Kategorie Sustainability & Material: Lund University für ihr Bio-FDM-Verfahren mit lebenden Pilzen (Projekt Protomycokion)

Protomycokion demonstriert das Potenzial des 3D-Drucks mit Biomaterialien in einem "new paradigm of manufacturing": die Arbeit mit der Natur und der Biologie sowohl als Inspiration als auch als eigentlicher Motor der Transformation. Bei diesem Bio-FDM-Verfahren wird mit lebenden Pilzen 3D-gedruckt, die durch ihr biologisches Wachstum Holzpartikel nach der Extrusion binden. Auf diese Weise wächst das Myzel innerhalb des Holzverbundes und fasert ihn neu, während es nach Nährstoffen greift. Die komplexen Geometrien des 3D-Drucks ermöglichen durch deren große Oberfläche eine Durchströmung der Struktur mit Sauerstoff, was das Pilzwachstum fördert. Dadurch können leistungsfähigere Materialien produziert werden, als es bisher möglich war.

Kategorie Design: Hochschule Darmstadt für 4D-gedruckte Bimetalle (Projekt "Sich selbst justierender Ofen")

Im Projekt "Sich selbst justierender Ofen" ist der Kamin nicht mehr starr, sondern wandelbar. Solche "Kleinstfeuerstellen" sind schwer zu justieren, sodass eine fehlerhafte Bedienung häufig erhöhte Emissionen bedeutet. Für die Regelung der Unterluftzufuhr, dehnt sich die 3D-Struktur unterhalb des Auflagetellers und lässt je nach Gewicht des aufliegenden Holzes Luft einströmen. Die äußere spezielle Metall-gedruckte Struktur expandiert mit steigender Temperatur und zeigt dem Nutzer damit den Brandvorgang an. Das vergrößert die Oberfläche um den Raum zu heizen. Außerdem wird die Luftzufuhr durch diese Strukturänderung abgeriegelt. Dies verhindert zu schnelles Abbrennen. 4D-gedruckte Bimetalle könnten diese Formierung generieren.

Kategorie Digital: Süß & friends Ingenieurbüro für seine multifunktionale Spülbürste THE BRUSH

Philipp Süß nahm ein einzelnes, flexibles Material und veränderte lokal seine mechanischen Eigenschaften durch Bildung komplexer natürlicher und geometrischer Strukturen. Das Ergebnis ist eine multifunktionale Bürste, die aus einem Material in einem Produktionsschritt hergestellt wird, was nur durch 3D-Druck möglich ist. Eine korallenartige Lamellenstruktur und eine saugfähige Schwammstruktur werden hier zu einem Reinigungskopf kombiniert. Der Griff verfügt über eine innere Diamantstruktur für Steifigkeit und eine zellartige Oberfläche am Griff. In der oberen Fingerrille ist ein Wasseranschluss mit Dichtlippen integriert. Bei Anschluss an einen IKEA-Wasserhahn wird Wasser gleichmäßig durch den Reinigungskopf gespült.

Kategorie Mobility: Urwahn Engineering GmbH für seinen Rahmen des Fahrrads Waldwiesel

Bei der Gestaltung des Fahrradrahmens wurde der metallische 3D-Druck an die Grenzen der Machbarkeit getrieben, um ein ausgewogenes Gleichgewicht aus Form, Funktion, Leichtbau und dem Werkstoff Stahl zu schaffen. Der spezielle Hinterbau hängt das Hinterrad elastisch auf und soll einen neuartigen Fahrkomfort generieren, da etwaige Stöße und Unebenheiten kompensiert werden können. In Sachen Optik erinnert Waldwiesel an High-End Monocoque-Rahmen. Folgt man den eleganten Profilen im Detail, lassen sich zahlreiche technische Integrationen, wie ein GPS-Tracker, LED-Lichteinheiten und ein leistungsstarker Elektroantrieb entdecken.

Der 3DPC 2021 Main Winner

Der 3DPC 2021 Main Winner ist Hexr Ltd mit seinem maßgeschneiderten Fahrradhelm HEXR. Das Team von erhielt die limitierte 3DPC Design-Trophy. Das Designobjekt entstand in Kooperation mit dem Jurymitglied Ross Lovegrove sowie Hyperganic, dem Gewinner von „3DPC 2019 Digital“ und dem Partner Materialise- innerhalb von 3DPC & Friends.

Zu allen 43 Finalisten

Das waren die Gewinner der 3DPC 2020

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