Holz in Form bringen: Wenn Forschung und Design gemeinsam neue Wege gehen

Holz als nachhaltiger Werkstoff vereint zahlreiche Eigenschaften, die dafür sorgen, dass es in einer Vielzahl von Branchen unverzichtbar ist. Im Bauwesen, im Möbel- und Innenausbau, in der Verpackungs- und Transportlogistik sowie in der Papier- und Zellstoffindustrie ist Holz durch sein einzigartiges Zusammenspiel aus geringem Gewicht, hoher Festigkeit, ausgezeichneter Wärme- und Feuchteregulierung und ökologischer Nachhaltigkeit nicht wegzudenken. Diese Kombination bietet Eigenschaften, die bislang kaum von Kunststoffen und Metallen vollständig reproduzierbar sind.

Doch eine bedeutende Schwäche von flächigen Holzwerkstoffen im Vergleich zu Kunststoffen und Metallen liegt in seiner eingeschränkten Verformbarkeit. Während thermoplastische Kunststoffe sich ohne großen Aufwand in komplexe Formen biegen oder spritzen lassen, versagen Holzwerkstoffe schon, wenn man versucht, das Material moderat zu biegen oder in eine neue Form zu bringen.

Wissenschaftler der Professur für Holztechnologie und holzbasierte Bioökonomie haben im Rahmen des Kooperationsprojektes „HolzPaerFormT“ ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Holzwerkstoffe, sogenannte Faserplatten, kontrolliert umformen und zu dreidimensionalen Formteilen verarbeiten lassen. Angelehnt ist das Verfahren an das bereits seit 100 Jahren bekannte Biegen von Massivholz unter Wasserdampf und Hitze.

Der Schlüssel liegt dabei in der gezielten Schwächung des Materials: Die Forschenden perforieren Holzwerkstoffplatten mithilfe eines Lasers nach einem bestimmten Muster. Grundlage dafür ist ein CAD-Modell der gewünschten 3D-Form. Je nach erforderlichem Krümmungsradius werden Bereiche definiert und die Perforationen entsprechend angepasst. Die eingebrachten Öffnungen schaffen flexible Zonen, in denen das Material leichter nachgeben kann, ohne zu brechen. Anschließend werden die perforierten Holzwerkstoffplatten mit heißem Wasserdampf behandelt. Dadurch wird das Holz vorübergehend weich und biegsam. Unter Vakuum wird die Platte anschließend auf eine Form gezogen und nimmt deren dreidimensionale Kontur an. Mit dem Abkühlen und dem Verdampfen des Wassers stabilisiert sich das Material wieder – und behält seine neue Form.

Vom Forschungsprojekt zum studentischen Projekt und Ausstellungsstück

Dass Forschung unmittelbar zum Ausgangspunkt für eigene studentische Projekte werden kann, zeigt die Geschichte von Willi Eckardt, Student des Technischen Designs. Auf der Suche nach einem Thema für sein Forschungspraktikum stieß er auf das Projekt „HolzPaerFormT“. Er ging auf die Projektverantwortlichen zu und fragte an, ob er sich im Rahmen seines Forschungspraktikums mit dem Verfahren beschäftigen könne. Schnell stand fest, dass sich seine Idee im Rahmen einer gemeinsamen Betreuung durch die Kolleg:innen der Professuren für Technisches Design und Holztechnologie und holzbasierte Bioökonomie realisieren ließ.

© Sebastian Sotero

Die Holztechniker wollten das neuartige Verfahren in einem größeren Demonstrator erproben. Willi Eckardt entwickelte daraufhin seinen Entwurf in diese Richtung weiter. Für die Umsetzung holten die Forschenden zusätzlich Studierende der Holztechnik und Faserwerkstofftechnik in das Vorhaben. Sie brachten ihr Know-how aus dem Fach Möbelentwicklung ein und nutzten das gemeinsame Projekt gleichzeitig für ihre Belegarbeiten. Aus Willi Eckardts ursprünglichem Entwurf für einen Demonstrator entwickelte sich Schritt für Schritt ein Pavillon, der aus umgeformten 3D-Holzteilen zusammengesetzt werden sollte. Für die konstruktive und fertigungstechnische Umsetzung des Pavillons arbeiteten die Tischlerin der Professur und die Studierenden aus der Holztechnik eng zusammen.

„Ich bin mir sicher, dass dieses Projekt für die Studierenden eine sehr wertvolle Erfahrung war. Sie konnten erleben, wie sich eine erste Idee Schritt für Schritt weiterentwickelt – von der Konzeption über die detaillierte Planung bis hin zur tatsächlichen Umsetzung“, sagt Dr. Jan Herold, Projektverantwortlicher von HolzPaerFormT. „So wurde aus einer Anfrage zu einem Forschungspraktikum ein interdisziplinäres Projekt zwischen dem Technischen Design und der Holztechnik, in dem Forschung, Lehre und praktische Umsetzung unmittelbar ineinandergreifen.“

Nach erfolgreicher Fertigung im Technikum der Professur wurde der Pavillon probeweise aufgebaut. Was mit einer studentischen Idee im Rahmen eines Forschungspraktikums begann, ist damit zu einem konkreten Objekt geworden. Der Pavillon steht beispielhaft für eine Form von Lehre, in der Forschung zum Ausgangspunkt für eigene studentische Projekte und praktische Erfahrungen wird. Ab dem 15. September ist er Teil der Ausstellung „Zusammen. Denken. Wer forscht hier eigentlich mit?“ im COSMO Wissenschaftsforum. Die Ausstellung ist dienstags bis donnerstags von 13 bis 18 Uhr geöffnet und noch bis 26. November zu sehen.

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© Sven Ellger

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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