Idee / Konzept / Story

Pilze sind faszinierende Wesen. Sie gehören weder zu den Pflanzen noch zu den Tieren. Sie bilden eine eigene Art. Wir möchten diesem Lebewesen ein mobiles Haus geben, damit jeder die Möglichkeit hat diese Einzigartigkeit selbst zu erleben. Das Material stellen wir aus einfachsten Zutaten selber her. Das Gefäss soll so natürlich sein wie der Pilz selbst.

Dazu sind uns Wörter wie: flexibel, elastisch, organisch und beweglich eingefallen.

Wir inspirierten uns von verschiedenen Pilzen, Seeanemonen und Korallen.

Das Zuhause soll mit dem Pilz wachsen und wenn möglich eine Symbiose bilden. Eine optimale Umgebung, damit die Pilzkörper wachsen und gedeihen können. Einen Pilzbaukasten für zuhause. Er soll gut zu bewässern und mäßig zu belichten sein.

Unser Konzept ist ein Gefäß herzustellen, das mehrere Elastizitäten vereint. Es soll aus einer festen Basis, einer elastischen Mitte und einem weniger elastischen Abschluss bestehen. Wir haben uns dafür entschieden, dass man das Gefäß hinstellen kann. So kann man das Pilzgefäß optimal an die eigenen Bedingungen verorten, um das Pilzwachstum zu beobachten.

Materialforschung

Da wir uns mit dem Thema Elastik beschäftigt haben. Mussten wir aus dem Grundrezept das richtige Mischverhältnis finden, um das Material für unser Pilzdomizil in großen Mengen herstellen zu können.

Grundrezept:

50 g destilliertes Wasser

37,5 g Glycerol

100 g Maisstärke

25 g weißer Essig

Von dem Grundrezept haben wir die Mengen verdoppelt und damit weiterexperimentiert. Im Folgenden zeigen wir unsere Versuchsreihen und deren Experimente.

Ziel des Ganzen ist herauszufinden, wie flexibel das Endmaterial in den unterschiedlichen Experimenten ist.

Geräte:

- Waage

- Messbecher

- Löffel

- Schere

- Thermomix

- Fleischwolf

- Trockenschrank

- Petrischalen

Versuchsreihe 01

Experiment 1

Maisstärke und Bananenpulver

Rezeptanleitung:

100g des. Wasser 

75g Glycerol (99,5 %)

200g Maisstärke

50g weißer Essig (5 % Säure)

20g Bananenpulver

Durchführung:

Mit dem Thermomixer wurde die Masse hergestellt. Als Erstes kamen die flüssigen Zutaten hinein, danach die Maisstärke und das Bananenpulver. Im 5 min Takt wurde die Temperatur bis auf 80 Grad Celsius erhöht. Das Endprodukt sollte eine kompakte Masse zum weiterverarbeiten ergeben.

Als nächsten Schritt wurde die Masse durch den Fleischwolf gegeben. Durch einen passenden Aufsatz entstanden dünne Filamente, welche separat auf ein Backpapier ausgelegt wurden. Anschließend konnten diese bei 105 Grad Celsius für 2 Stunden im Ofen trocknen.

Erkenntnisse nach der Trocknung:

- Bananenpulver verleiht den Filamenten einen kräftigeren Farbton

Farbe: Beige

Geruch: neutral

Material: 

- weist unterschiedliche Elastizitäten auf

- relativ glatte Oberfläche

Als nächstes wurden die Filamente mithilfe einer Schere in 4 - 5 mm kleine Pellets geschnitten. Danach kamen sie für mindestens zwei Stunden nochmal in den Trockenofen, um die Restfeuchtigkeit aus dem Material zu ziehen.

Als letzten Schritt wurden die Pellets zur Extrusion in den großen 3D Drucker überführt. Dieser Schritt ist notwendig, um die richtige Kalibrierung für den finalen Druck zu wissen.

Erkenntnisse nach Extrusion:

Farbe: Braun

Geruch: süß, nach Karamell

Material:

- kompakte Filamente mit einer strukturierten Oberfläche

- fest & wenig flexibel

Experiment 2

Maisstärke und Reisstärke

Rezeptanleitung:

100g des. Wasser

75g Glycerol (99,5 %)

100g Maisstärke

100g Reisstärke

50g weißer Essig (5 % Säure)

Durchführung:

Nach dem Anrühren der Masse, war das Material von der Konsistenz her klebriger. Im nächsten Schritt bei der Herstellung der Filamente, war dies eine Herausforderung. Je länger die Verarbeitung gedauert hat und je wärmer der Teig wurde, desto schneller sind sie gerissen und klebten häufiger zusammen. Außerdem bildeten sich Blasen beim Durchlaufen im Fleischwolf.

Erkenntnisse nach der Trocknung:

Farbe: Beige

Geruch: neutral

Material: 

- fest

- wenig elastisch

- brechen schnell

Erkenntnisse nach der Extrusion:

- „Fehlversuch“, Pellets waren wahrscheinlich zu feucht

- Blasen haben sich während des Vorgangs gebildet

Farbe: kräftiges Braun

Geruch: Karamell (verbrannt)

Material:

- kompakt, raue Oberfläche mit Blaseneinschlüsse

- wenig elastisch

Experiment 3

Maisstärke und Weizenstärke

Rezeptanleitung:

100g des. Wasser

75g Glycerol (99,5 %)

100g Maisstärke

100g Weizenstärke

50g weißer Essig (5 % Säure)

Durchführung:

Ab diesem Zeitpunkt war der Ablauf gleich gewesen. Herstellung und Verarbeitung der Masse war deutlich leichter. Teig war weniger klebrig.

Erkenntnisse nach der Trocknung:

Farbe: Beige

Geruch: neutral

Material:

- fest

- wenig elastisch

- brüchig

Erkenntnisse nach der Extrusion:

Farbe: kräftiges Braun

Geruch: Karamell (verbrannt)

Material:

- kompakt, raue Oberfläche mit Blaseneinschlüsse

- wenig elastisch

Zwischenpräsentation

Nach der ersten Zwischenpräsentation und dem Feedback haben wir uns auf das Rezept aus dem Experiment 1 (Versuchsreihe 01) fokussiert und weiterexperimentiert. Weitere Versuchsreihen sind geplant, sowie auch der Einsatz eines neuen Weichmachers namens Sorbit. Des Weiteren ergab sich aus dem Feedback, sich ein Gefäß zu erstellen, welches unterschiedliche Verläufe in der Elastizität hat. Wir möchten dem Pilz die Möglichkeit geben sein Gefäß selbst zu gestalten, zu formen und wenn möglich raus zu wachsen.

Versuchsreihe 02

Experiment 1 

- aus Versuchsreihe 01 übernommen

- Pellets Herstellung & Extrusion hat hier am besten funktioniert 

- Nutzung als Ausgangsexperiment, um bei nächsten Versuchen Rezepturen besser anzupassen (Mengenverhältnis)

Experiment 2 

Rezeptanleitung:

100g des. Wasser

94g Glycerol (99,5 %)

200g Maisstärke

20g Bananenpulver

50g weißer Essig (5 % Säure)

Erkenntnisse nach der Trocknung:

- Teig war etwas zu trocken

- Bananenpulver verleiht den Filamenten einen kräftigeren Farbton

Farbe: Beige

Geruch: neutral

Material:

- raue Oberfläche

- etwas elastisch

- gleichzeitig brüchig

Erkenntnisse nach der Extrusion:

- kleinen Pellet-Extruder (Drucker) genutzt

- 4 Durchgänge mit jeweils unterschiedlichen Temperaturen:

> 210°C, 200°C, 190 °C, 180°C

Farbe: Verlauf von Dunkel zu Hellbraun

Geruch: Verlauf Karamell (verbrannt) bis neutral

Material:

- elastische Extrusionen, mit glatter Oberfläche

Experiment 3

Rezeptanleitung:

100g des. Wasser

94g Glycerol (99,5 %)

200g Maisstärke

50g weißer Essig (5 % Säure)

Durchführung:

Die Herstellung und Verarbeitung der Masse war deutlich schwieriger. Die Masse war anfangs sehr klebrig und ließ sich kaum zu einem Teig formen.

Erkenntnisse nach der Trocknung:

Farbe: Beige

Geruch: neutral

Material:

- glatte Oberfläche

- elastisch, gummiartig

Erkenntnisse nach der Extrusion:

- kleinen Pellet Extruder (Drucker) genutzt

- extrudierte Filamente zeigen parallelen zum Experiment 2

- 4 Durchgänge mit jeweils unterschiedlichen Temperaturen:

> 210°C, 200°C, 190 °C, 180°C

Farbe: Verlauf von Dunkel zu Hellbraun

Geruch: Verlauf Karamell (verbrannt) bis neutral

Material:

- elastische Extrusionen, mit glatter Oberfläche

Experiment 4

Rezeptanleitung:

100g des. Wasser

94g Glycerol (99,5 %)

100g Maisstärke

50g weißer Essig (5 % Säure)

Erkenntnisse nach der Trocknung:

Farbe: Beige

Geruch: neutral

Material:

- raue Oberfläche

- elastisch

- dehnbar, flexibel

Erkenntnisse nach der Extrusion:

Farbe: Verlauf von Dunkel zu Hellbraun

Geruch: süß (nach Karamell mit Essignote)

Material:

- strukturierte Filamente, mit Einschlüssen (Blasen und Partikeln)

- sehr elastisch

- Gummi bis geleeartig

- bisschen klebrig

Experiment 5

Rezeptanleitung:

100g des. Wasser

120g Glycerol (99,5 %)

100g Maisstärke

50g weißer Essig (5 % Säure)

Erkenntnisse nach der Trocknung:

Farbe: Beige

Geruch: neutral

Material:

- raue Oberfläche

- elastisch

- dehnbar, flexibel

Erkenntnisse nach der Extrusion:

Farbe: Hellbraun (klar nicht trüb)

Geruch: neutral

Material:

- klebrig, glatte Oberfläche

- elastisch, biegsam

- Einschlüsse mit Blasen und Partikeln

Zwischenpräsentation

Versuchsreihe 03

Experiment 1

Rezeptanleitung:

100g des. Wasser

20g Sorbit (Pulverform)

100g Maisstärke

50g weißer Essig (5 % Säure)

Durchführung:

Die Herstellung und Verarbeitung zu einem Teig war eine Überraschung. Zuerst musste das Sorbit in das destillierte Wasser gelöst werden. Direkt nach dem Anrühren, ließ sich die Masse im Ganzen aus dem Thermomix entnehmen. Der Teig war etwas klebrig und gelatineartig. Der Teig musste vor der Weiterverarbeitung erstmal für eine Stunde in den Kühlschrank. Nach dieser Zeit war der Zeit formbar. Die Herstellung der Filamente war unkompliziert. Das Ergebnis jedoch waren sehr grobe, strukturierte Filamente.

Erkenntnisse nach der Trocknung:

- je länger der Teig der Umwelt (Lagerungsbedingt) ausgesetzt war, viel er auseinander

Farbe: Beige

Geruch: neutral

Material:

- hart, nicht elastisch

- komplexe Struktur

Eine Extrusion war mit diesen Filamenten nicht möglich.

Ursachen:

Im Rezept wurde zu wenig Sorbit verwendet.

Der Teig war zu trocken.

Diesen Versuch haben wir als reines Experiment angesehen und für das weitere Vorgehen vorerst nicht weiterverfolgt.

Auswertung:
In der ersten Versuchsreihe 01 haben wir versucht, möglichst viele unterschiedliche Stärken testen und zu kombinieren. Ob diese einen zusätzlichen Einfluss nehmen können auf die Elastizität, als nur der Weichmacher Glycerol. Bereits nach den ersten Versuchen konnten wir feststellen, dass die Stärke geringe auswirken auf die Elastizität hat. Man konnte eher Änderungen in der Farbgebung bzw. bei Verarbeitung und Herstellung der Filamente feststellen. Daher haben wir eine zweite Versuchsreihe 02 vorgenommen. In dieser haben wir mit den Mischverhältnissen von Glycerol und der Stärke gespielt. Im Verlauf hat sich gezeigt, je höher der Glycerol Anteil, desto flexibel waren die Filamente. Auch nach der Extrusion. Jedoch zeigten sich dort erste Probleme beim Drucken. Daher haben wir dritte Versuchsreihe begonnen. Diesmal mit einem anderen Weichmacher namens Sorbit. Bei diesem Stoff war die Herausforderung, dass er in Pulverform uns zu Verfügung gestellt wurde. Wir mussten das Sorbit daher vorher in destilliertem Wasser lösen. Eine weitere Hürde war die richtige Menge zu finden und gleichzeitig sparsam mit dem Ausgangsmaterial umzugehen. Diese Versuchsreihen waren nicht nur zielführend, um das Material für unser Objekt zu finden, sondern auch das Experimentieren und Forschen an sich. Wir konnten beobachten, wie sich die Masse verhält, wenn man alle Zutaten dazu gibt. Wie sich dann das Material verhält, wenn man es in Filamente und letztlich Pellets überführt. Wie es sich anfühlt, wie es riecht und sich bewegen lässt. Was passiert, wenn man die Filamente trocknet und extrudiert. Oder wie sich die Filamente verhalten, wenn man sie einer gewissen Zeit der Umgebung aussetzt.

Es sind einige spannende Filamente entstanden. Welche nicht nur durch ihr Aussehen, sondern auch von der Materialität einzigartig sind. 

Diese besonderen Strukturen haben wir versucht in unserer Fotodokumentation festzuhalten.

Im nächsten Schritt haben wir einen Praxistest gemacht, um die Elastizität zu überprüfen.

Bestimmung der Elastizität

Reißtest

Bei diesem Test wollten wir alle Filamente nach der Trocknungsphase auf ihre Elastizität testen. Daher haben wir von allen Experimenten 10 cm lange Filamente vorbereitet. Wir haben Faktoren wie die Dauer bis das Probefilament reißt und die mögliche Verlängerung gemessen und festgehalten. Das Probenfilament aus der Versuchsreihe 02 (Experiment 4) hat hier am besten abgeschnitten. 

Der Test war auch wichtig, um letztlich unser Material produzieren zu können für unseren TWIST.

Von der Skizze zum Modell

Nachdem wir die Materialforschung abgeschlossen haben, begann der kreative Teil in diesem Kurzprojekt. Aus der Idee folgten einige Skizzenentwürfe. Durch Einschränkungen beim Drucken mit dem Roboterarm von KUKA wurden einige im Verlauf verworfen. Aus den Visualisierungen folgten dann die ersten Probendrucke in einem kleineren Maßstab.

Skizzen

Entwurfsmodelle

3D Visualisierungen

Mit dem Programm Shapr3D haben wir die Modelle erstellt. Jedes einzelne Objekt wurde individuell gestaltet.

Anhand der Abbildungen kann man den Verlauf erkennen, wie sich unser Objekt entwickelt hat. Für eine bessere Vorstellung haben wir auch eine Familie angelegt. So wirkt es lebendiger und dynamischer. Es verleiht dem Ganzen ein eigenes Konzept, wie eine kleine Stadt für Pilze. Des Weiteren haben wir ein Szenario mit einem möglichen Standort in der Küche gestaltet. Gleichzeitig kann man sich besser die Ausmaße unseres Gefäßes vorstellen.

Technische Darstellungen

Die erste technische Darstellung zeigt alle Objekte der Familie. Die zweite technische Darstellung zeigt unser Objekt den TWIST. Die Maße sind in Zentimeter angegeben.

Probedrucke

Von der ursprünglichen organischen, pilzähnlichen Struktur haben wir uns getrennt und haben weitere Entwürfe mit anorganischen Strukturen ausprobiert. Um das Ganze noch individueller zu gestalten, haben wir uns von der Low Poly Art inspirieren lassen. Für den finalen Druck unseres Gefäßes, haben wir uns für diese Variante entschieden.

TWIST

Entstehungsphase

Das Rezept für unser Material und der Entwurf stand fest. Jetzt ging es darum genug Material für den Druck herzustellen.

Aus dem Reiß Test haben wir uns für die Mengenangaben aus dem Experiment 4 ( Versuchsreihe 02) entschieden. Hier war das Ergebnis der Elastizität am besten. In Rücksprache mit Benjamin haben wir den Glycerol Gehalt von 94g auf 80g angepasst, da die Filamente aus der Extrusion noch nicht optimal waren.

Rezeptanleitung:

100g des. Wasser

80g Glycerol (99,5 %)

100g Maisstärke

50g weißer Essig (5 % Säure)

Die jeweiligen Mengen haben wir dann verdreifacht:

300g dest. Wasser

240g Glycerol (99,5 %)

300g Maisstärke

150g weißer Essig (5 % Säure).

Daraus haben wir im nächsten die Masse angerührt und zu einem Teig vermengt. Danach haben wir mit Hilfe des Fleißwolfes Filamente hergestellt. Das Ganze haben wir dann noch zweimal wiederholt. So hatten wir insgesamt 1,98 Kilo an Teig hergestellt. 

Der nächste Schritt war der Wichtigste und entschiedenste Teil, für einen hoffentlich erfolgreichen Druck. Diesmal haben wir die Filamente nach der Herstellung über Nacht an der Luft trocknen lassen. Dies erleichterte uns später bei der Verarbeitung zu den Pellets und allgemein den Trocknungsprozess zu beschleunigen. 

Nach dieser Zeit kamen die vorgetrockneten Pallets auf Backpapier in den Trockenofen und mussten dort mindestens 10 Stunden bei einer konstanten Temperatur von 105 °C trocknen. Natürlich haben wir die Trocknung regelmäßig überprüft und konnten ggf. eingreifen, wenn der Ofen zu heiß/ kalt oder die Pellets den richtigen Grad an Trocknung erreicht haben.

Druckphase

Nachdem die Pellets richtig getrocknet sind, haben wir sie für mindestens eine halbe Stunde auskühlen lassen. Damit sie zum einen keine Feuchtigkeit im Transportgefäß bilden konnten und zum anderen das die Pallets aus der Umgebungsluft wenig Feuchtigkeit aufnehmen. Die fertigen Pellets brachten wir dann zu Benjamin. Ab hier übernahm er den Druck mit dem Roboter von KUKA. 

Das 3D Druck-Verfahren wird auch als additive Fertigung bezeichnet. Hierbei werden schmelzfähiges Material (in unserem Fall die Pellets) in die Extrusionsöffnung gegeben. Der Roboter erstellt dann nach exakter Vorgabe von digitalen Konstruktionsdaten schichtweise unser Objekt.

Der Druck verlief super. An dieser Stelle ein großes Dankeschön an Benjamin! Wir waren ab diesem Punkt sehr erleichtert, weil es im Vorfeld sehr komplex war den Roboter auf das Material richtig einzustellen. Unser Material hat zudem den Druck gereicht.

Endergebnis

Präsentation

Unser TWIST hat eine Höhe von 25 cm und eine Breite von 9 cm an der Unterseite. Durch seine dynamische Form, wird seine Öffnung nach oben hin breiter. Unser Gefäß kann selbst stehen. Er wurde ohne Boden gedruckt. Das Material ist fest. Jedoch vereint es die Eigenschaften Elastizität und Flexibilität. (Besonders an der Öffnung)

Der TWIST ist leicht. Durch den Druck bekam unser Objekt eine wellenartige Oberfläche, welche ein interessantes Gefühl in den Händen hinterlässt.

Nachdem unser Gefäß eine Weile der Umgebungsluft, dem Licht und der Raumtemperatur ausgesetzt war, ist es noch flexibler geworden.

Der leichte Farbverlauf ist durch den Druckprozess entstanden. Es befanden sich einige Reste von der anderen Gruppe im Extruder. Eine unerwartet gute Erweiterung für unser Design.

Man kann ihn in die Küche, ins Bad, etc. hinstellen. Angepasst an das eigene zu Hause und die vorhandenen Räumlichkeiten.

Ausblick

Natürlich möchten wir, dass in unserem TWIST auch Pilze wachsen und gedeihen. Die nächsten Schritte wären zum einen, einen passenden Bodenabschluss zu bauen und zum anderen das Gefäß mit dem Pilzsubstrat zu befüllen und live zu beobachten, wie die Pilze wachsen.

Des Weiteren haben wir aus dem Projekt und der Recherche festgestellt, dass noch viel zu wenig mit umweltfreundlichen Materialien gearbeitet wird. Und das sich dort noch einiges ändern muss. Aber mit solchen Projekten, Experimenten kann man schon kleine Schritte machen für eine bessere Zukunft. Wenn man sowas für Klassen, Kinder zugänglich machen könnte wäre es eine Bereicherung. 

Außerdem hat der Pilz noch viel mehr Potenzial zu bieten und ist daher auch noch so geheimnisvoll. Wir sollten uns aber im Klaren sein, ihm und die Natur nicht weiter zu Schaden. Der Pilz ist ein individuelles Lebewesen. Er ist weder Tier noch Pflanzen. Aber er ist essenziell wichtig für die Natur und sein Ökosystem.

Gerne hätten wir unsere Versuchsreihe 03 mit weiteren Experimenten zur Wirkungsweise von Sorbit geführt.

Fazit

Aus diesem Kurzprojekt konnten wir eine Menge neues lernen und besser verstehen. 

Was wir in dieser kurzen Zeit geschafft haben, hätten wir uns am Anfang ehrlich gesagt nicht zugetraut. Aus diesem Projekt nehmen wir einige Tipps und Tricks für weitere mit:

- eine gute Aufgabenverteilung begünstigt eine gute Zusammenarbeit

- richtiges Zeitmanagement

- sauber, wenn möglich steril arbeiten 

- Geräte & Arbeitsplatz ordentlich benutzen & sauber hinterlassen

- sparsam mit den vorhandenen Materialien umgehen

- Trocknungszeiten nicht unterschätzen

- genügend Material für Druck herstellen

In dieser kurzen Zeit haben wir viel erreicht. Unser Ziel verschiedene Elastizitäten in unserem Objekt zu vereinen, ist uns gelungen. Dies hat sich zum einem durch den Druck, die Form, das Material und äußeren Einflüssen ergeben.

Wir haben uns in dieser Zeit gegenseitig unterstützt und gepuscht, auch bei Motivationslöchern. Wir möchten uns bei unseren Betreuern und dem Materiability Lab bedanken, dass wir so frei arbeiten konnten und jederzeit durch euch unterstützt wurden.