NEUE WERKSTOFFE,
NEUE TECHNOLOGIEN,
NEUE PRODUKTE.

Auf der Suche nach einem geeigneten Heizfaden für seine erste Glühlampe testete Thomas Alva Edison mehr als 1.600 Werkstoffe. Doch weder Kokosfasern, Angelschnur oder das Barthaar eines Kollegen waren geeignet. Erst verkohlte Fasern einer besonderen Bambusart zeigten das gewünschte Verhalten. Edisons Notizen über die mühsame Materialsuche füllen mehr als 40.000 Seiten.

Würde er heute forschen, ständen ihm nicht nur viel mehr Werkstoffe zur Verfügung, sondern auch viel mehr Technologien – und laufend kommen neue hinzu.

Stabiler als Stahl, leichter als Aluminium

Karbonfasern werden zwar schon seit rund 30 Jahren in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, von ihren einzigartigen Eigenschaften wird die „irdische“ Mobilität aber am meisten profitieren. Das ist besonders für Elektroautos von Bedeutung, denn um alltagstaugliche Reichweiten zu erzielen, müssen deren Batterien entsprechend groß sein. Große Batterien sind bislang aber noch sehr schwer. Greift man bei der Fertigung der Karosserie auf Karbonfasern zurück, können bei einem Mittelklassewagen mehrere 100 Kilogramm an Gewicht eingespart werden.

Innovationen im Alltag dank Nanotechnologien

Es klingt fast wie ein Märchen: Sportbekleidung, die auch nach einem Marathonlauf so frisch duftet wie am Start. Verhindert wird die Geruchsbildung durch Nanosilberfäden, die in die Gewebe von Hemden, Jacken, Hosen und Socken eingearbeitet sind.

Auch im Haushalt werden uns Innovationen im Bereich der Nanotechnologien das Leben erleichtern: Duschabtrennungen, Waschbecken und Fliesen können extrem hydrophob hergestellt werden, so dass Wassertropfen an ihnen nicht haften bleiben. Tapeten, Wand- und Fassadenfarben können Schmutzpartikel abweisen und müssen seltener gereinigt bzw. überstrichen werden. Ein italienisches Unternehmen ist noch einen Schritt weiter gegangen und hat eine Farbe entwickelt, die Schadstoffe absorbiert und unschädlich macht.

Kostengünstige Produktentwicklung mit 3D-Druck

Noch sind die Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks in der Serienfertigung beschränkt, doch in der Produktentwicklung ist er für viele Unternehmen bereits unverzichtbar geworden. Die Firma Hesterberg z.B. stellt Verschließsysteme für Fahrzeugaufbauten her. Dabei müssen sehr viele Funktionen auf kleinstem Raum abgebildet werden. Entsprechende Blechmuster anzufertigen ist aufwendig, teuer und kostet viel Zeit. Mit Hilfe des 3D-Drucks konnten die Kosten für erste Funktionsmuster um bis zu 90 Prozent gesenkt und die Herstellungszeit auf einen Bruchteil verkürzt werden.

Smart Materials

Hoch interessante Perspektiven für Produktentwickler bieten auch „Smart Materials“ – intelligente Materialien, in die besondere Funktionalitäten integriert werden können.

Eine besonders hilfreiche Anwendung haben Forscher des Fraunhofer Instituts im Center Smart Materials entwickelt. Diabetes-Patienten leiden häufig an Nerven- und Durchblutungsstörungen in den Füßen, ihr Schmerzempfinden ist herabgesetzt. Schon kleine unebene Stellen oder der Druck des Schuhs auf den Fuß können zu offenen Wunden oder Schädigungen am Gewebe führen. Um dem vorzubeugen, haben die Wissenschaftler einen Spezialstrumpf mit 40 integrierten Sensoren entwickelt, die die Druckbelastung und -verteilung an der Strumpfsohle, der Ferse, dem Fußspann und dem Knöchel messen und die Signale dreidimensional aufzeichnen.

Die Mutter aller Werkstoffdatenbanken:
Das Materials Project

Forscher und Entwickler in aller Welt werden es bald einfacher haben, den für ihr Produkt optimalen Werkstoff zu finden. Gerbrand Ceder und Kristin Persson hatten die Idee, die Eigenschaften aller bekannten anorganischen Werkstoffe und ihrer möglichen Verbindungen in einer Datenbank (Materials Project) zu erfassen.

Bald werden Entwickler nur noch die Eigenschaften des gewünschten Werkstoffs beschreiben müssen und Supercomputer analysieren die vorhandenen Daten und machen entsprechende Vorschläge. Darüber hinaus wird angestrebt, die Eigenschaften neuer Werkstoffverbindungen vorauszusagen, bevor sie im Labor hergestellt werden. Auf diese Weise können nicht nur die ökologischen Fußabdrücke neuer Produkte im Voraus bestimmt werden, sondern auch deren Recyclingmöglichkeiten.

Eine wunderbare Zukunft

Bislang haben Start-ups hauptsächlich neue Geschäftsmodelle in Verbindung mit digitalen Produkten entwickelt. Dank neuer Werkstoffe und Technologien werden wir bald eine zweite Welle von Unternehmensgründungen erleben, die neue physische Produkte auf den Markt bringen.

Bei ma design beschäftigen wir uns zurzeit intensiv mit dem Einsatz textiler Werkstoffe. Dabei inspiriert uns der IKEA-Gründer Ingvar Kamprad, der gesagt hat: „Die meiste Arbeit ist noch nicht getan – eine wunderbare Zukunft“.

Herzliche Grüße
Ihr Michael Arpe