Bei der 3D Pioneers Challenge 2021 begeisterten Professionals, Young Professionals, Start-ups und Studierenden aus 32 Ländern und fünf Kontinenten mit Innovationen in der Additiven Fertigung und den Advanced Technologies.
Die 3D Pioneers Challenge
3DPC, der internationale Design-Wettbewerb für Additive Fertigungsverfahren und Advanced Technologies, ist Schnittstelle für alle Pioniere, die sich mit neuen Technologien befassen und sich dabei dem 3D-Druck bedienen, um ihre Projekte voranzutreiben.
Einzigartig in ihrer Struktur richtet sich die 3D Pioneers Challenge seit 2015 in gleich mehreren Disziplinen an Gestalterinnen und Gestalter, die mit 3D-Druck Neuland beschreiten und die wichtigen Strömungen spüren. Die Award adressiert weltweit Spezialistinnen und Spezialisten, die über den Tellerrand hinausschauen – pushing boundaries!
Im sechsten Jahr des Innovationswettbewerbs stellten sich Einreichungen aus 32 Ländern und fünf Kontinenten der hochkarätigen 21-köpfigen internationalen Jury. 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. Der Teilnehmerkreis umfasste Pionier/innen von Professionals, Young Professionals, Start-ups sowie Studierenden.
„Wir sind wieder einmal begeistert von den diesjährigen Pionieren. Jedes Mal, wenn wir denken, dass keine Steigerung mehr möglich ist, belehren uns die kreativen Köpfe eines Besseren – Advanced Technologies never stop pushing boundaries. Wir sind stolz darauf, dass auf der 3DPC-Plattform der Paradigmenwechsel unserer pulsierenden Zeit zu spüren ist. Mit der Agentur Jangled Nerves haben wir einen starken Supporter gewonnen, um dieses spannende, digitale Happening zu veranstalten und den Finalist/innen, Gewinner/innen und Partnern eine Bühne zu geben“, so Simone und Christoph Völcker (Founder der 3D Pioneers Challenge).
Die 3D Pioneers Challenge ist damit weltweit der höchst dotierte und renommierteste Designwettbewerb seiner Art für Advanced Technologies, mit einem Gesamtwert an Preisen von über 70.000 Euro, neben dem unschätzbaren Wert der internationalen Community und Awareness sowie der limitierten 3DPC-Trophy von Ross Lovegrove, Hyperganic and Materialise.
Die Digitale Preisverleihung
Direkt im Anschluss des ersten Kongresstags der „RapidTech.3D digital“, die am 22. und 23. Juni stattfand, wurde die virtuelle 3DPC-Preisverleihung live aus Stuttgart gestreamt. Das digitale Event bot neben den Auszeichnungen und der Prämierung durch zugeschaltete Jurymitglieder auch weitere Highlights.
So stimmte Patrik Schumacher (Principal Zaha Hadid Architects, London) mit seinem Impulsvortrag auf die Pioniere der Advanced Technologies ein und unterstrich die Möglichkeiten, die sich durch den Austausch rund um neue Technologien auf der 3D Pioneers Challenge-Plattform und ihrer Community eröffnen. Minister Wolfgang Tiefensee wie auch der Geschäftsführer der Messe Erfurt GmbH, Michael Kynast, hielten Ansprachen an die Zuschauer begrüßten die Zuschauer. Jennifer Arroyo (NTopology, New York) unterhielt sich im Interview mit Simone Völcker (3DPC) über das diesjährige „Special Feature“ von 3DPC&Friends, mit dem den Teilnehmenden der Zugang zu neuartigen digitalen Tools ermöglicht wurde – Weiterbildung auf dem nächsten Level! Unmittelbar vor der mit Spannung erwarteten Live-Verkündung des Hauptgewinners zeichnete Autodesk, zugeschaltet aus Toronto (CAN), die drei „Special Mention by Autodesk“-Gewinner/innen aus.
Die Gewinnerinnen und Gewinner 2021
Hauptpreisträger – Winner FashionTech: 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. HEXR legt großen Wert auf gesellschaftliche Auswirkungen und Nachhaltigkeit – 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 der Kundin oder 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.
Jury Kommentar von Anna Wilhelmi, adidas Future Team:
„‚Löst das Produkt ein echtes Problem für den Anwender?’
‚Wurde AM auf innovative Weise eingesetzt, um das Problem zu lösen?’
‚Ist der Prozess und die Materialisierung nachhaltig?’
‚Spricht die Designästhetik den Verbraucher an?’
Für die Jury war klar, dass Hexr gewinnt, da die vier ausschlaggebenden Fragen um diese Kategorie FashionTech für sich zu entscheiden, mit vier klaren ‚YES!‘ beantwortet werden konnten.“
Best student – Winner Design: Self adjusting fire
© Hochschule Darmstadt. Felicia Hamm, Prof. Tom Philipps. DEUTSCHLAND
Das „Self adjusting fire“ ist eine konzeptionelle Anwendung für sich sekundär verändernden Metalldruck in einem sich selbst justierenden Ofen. Das Objekt Kamin ist hier nicht mehr starr, sondern wandelbar.
Mithilfe eines Schornsteinfegers wurde erörtert, dass sich für die meisten Haushalte Öfen mit nur 3kW/h eignen, um nicht zu viel Energie zu verschwenden. Solche „Kleinstfeuerstellen“ sind jedoch 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 der Nutzerin oder dem Nutzer damit den Brandvorgang an. Das zudem vergrößert die Oberfläche, um den Raum zu heizen. Außerdem wird die Luftzufuhr durch diese Strukturänderung abgeriegelt, wodurch ein zu schnelles Abbrennen verhindert wird. 4D-gedruckte Bimetalle könnten diese Formierung generieren.
Jurystatement von Lutz Dietzold, Rat für Formgebung:
“Dieser Entwurf überzeugt durch seine Anwendung, Probleme von Emission neu zu denken, indem er auch die Grenzen des 4D-Metalldrucks und intelligenter Materialien auslotet. Dieses Konzept verbindet nachhaltigen Konsum, zeitgemäßes Design und bringt Atmosphäre in unser Zuhause.“
Winner Digital: THE BRUSH – Recreating humankind´s first tool
Was wäre, wenn wir statt der Zukunft die Vergangenheit neu erfinden? Vielleicht älter als die Menschheit selbst, wurde die Bürste durch Greifen von Zweigen erfunden. Hat sie sich wesentlich verändert? Was ist an einer Zahn-, Haar- oder Spülbürste anders, als an einer Handvoll Plastikzweige?
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 – aus einem einzigen Material und in einem Produktionsschritt hergestellt, was nur durch 3D-Druck möglich ist:
Eine korallenartige Lamellenstruktur und eine saugfähige Schwammstruktur werden dabei 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 am IKEA-Wasserhahn wird Wasser gleichmäßig durch den Reinigungskopf gespült.
Jurykommentar von Valentina Kerst,
Staatsekretärin, Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft:
„In diesem Siegerbeitrag werden Advanced Technologies so klug eingesetzt, dass ein traditionelles Produkt von Grund auf überdacht und die Performance komplett neu ausgestaltet wird. Die Jury war beeindruckt wie das Team digitale Tools genutzt hat, um das Konzept zu realisieren und die Performance des Objektes neu zu denken.“
Winner Nachhaltigkeit und Material: 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.
Pilze sind der Archetyp der Kreislaufwirtschaft: Sie sind die wichtigsten Zersetzer unserer Welt, die Abfälle in neue Organismen umwandeln. Hier werden Pilze zu „Agents of Transformation“ und bringen uns einer nachhaltigeren Materialkultur näher. 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.
Jurykommentar von Joachim Stumpp, raumprobe Stuttgart:
„Dieses Projekt konnte in beiden Kategorien überzeugen – denn was kann besser sein als ein Material, das nachhaltig ist? Aber um erfolgreich zu sein, muss man sich darauf konzentrieren, wie neueste Technologien wie nachwachsende Materialien produziert und implementiert werden. Dieses prämierte Konzept könnte schon heute viele Anwendungen verändern und ließe sich zum Beispiel auf Verpackungslösungen und vieles mehr in der Zukunft übertragen.“
Winner Architektur: 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. Li3M basiert auf der Li3-Methode und bietet einen geschlossenen, automatisierten Planungszyklus für Freiformfassaden – vom Entwurf bis zur Ausführung. Die Umsetzung von HivE begann Anfang März 2021.
Juryannouncement von Sonja Rasch, Sales Director and BD serial production/aerospace at Materialise:
„Dieses reale Projekt vereint intelligentes parametrisches Design und nachhaltige Aspekte um Fassadengestaltung neu zu denken. Wir sind gespannt, wo auf der Welt wir diese Fassaden überall sehen werden!“
Winner Technology & Process: MeaTech
Cellular Agriculture soll die Fleischproduktion nachhaltig gestalten. Der Biodrucker und die Tissue-Engineering-Technologien ermöglichen 3D Tissue Design und Bioprinting.
Zunächst werden Stammzellen aus der Nabelschnur von Rindern schonend entnommen. Die Zellen werden gezüchtet und dann in Zelltypen beispielsweise in Fett oder Muskel exprimiert, bevor sie zu Biotinten formuliert und in den MeaTech-Bioprinter geladen werden. Dieser schichtet die Zellen sowie Zellnährstoffe in einer Matrix in einer 3-dimensionalen Form mit einer solchen Genauigkeit aufeinander, dass die Materialien die komplexen biologischen Gewebestrukturen von Fleisch nachbilden können. Die gedruckten Grundstrukturen werden in Inkubatoren übertragen, wo die Zellen zu Gewebe heranreifen. Das im MeaTech-Verfahren erzeugte Fleisch erschafft so ein authentisches Mundgefühl mit Textur und Geschmack wie Rindfleisch, was die Massenproduktion von nachhaltigem Fleisch ohne der Umwelt zu schaden und ohne Tierquälerei ermöglicht.
Jurystatement von Joris Peels, Vice President Consulting bei SmarTech Analysis und Executive Editor bei 3DPrint.com:
„Dieses Projekt führt eine grundlegende Veränderung herbei und ist der größte Pionier wenn es darum geht, wie Dinge produziert werden. Es wird die Welt nachhaltig und sinnvoll beeinflussen.“
Winner Mobility: Waldwiesel – the first 3D printed Gravel E-Bike
Bei der Gestaltung des Waldwiesel haben seine Entwickler den metallurgischen 3D-Druck an die Grenzen der Machbarkeit getrieben, um ein ausgewogenes Gleichgewicht aus Form, Funktion, Leichtbau und Werkstoff zu schaffen.
Die Anwendung des 3D-Drucks ermöglichte die Entwicklung eines bislang nie dagewesen Rahmendesigns aus Stahl. Der spezielle Hinterbau hängt das Hinterrad elastisch auf und generiert einen neuartigen Fahrkomfort, da etwaige Stöße und Unebenheiten kompensiert werden können. Begleitet durch die gezielte Optimierung der 3D-Druck Bauteile, konnte das Systemgewicht zudem drastisch reduziert werden.
Optisch erinnert der Stahlrahmen an High-End Monocoque-Rahmen. Folgt man den eleganten Profilen im Detail, lassen sich zudem zahlreiche technische Integrationen, wie ein GPS-Tracker, LED-Lichteinheiten und ein leistungsstarker Elektroantrieb entdecken. So wird die Jagd durch den Wald zu einem optischen und funktionalen Genuss.
Juryannouncement von Ross Lovegrove:
„Im neuen Zeitalter des Designs verschmelzen Technik und Design und nutzen auf neue Art und Weise Energie. Die neue Generation von Radfahrern wird sich privilegiert fühlen, dieses elegante und hochentwickelte Bike fahren zu können.“
Winner MedTech: Custom made mitral valve
Mitralklappeninsuffizienz besteht, wenn die Klappe, die verhindern soll, dass das Blut während der Diastole rückwärts fließt, offen bleibt. Dies führt zu einer schlechten Sauerstoffversorgung, Müdigkeit oder dem Gefühl „außer Atem“ zu sein.
Die beste Lösung ist heute der Ersatz der Klappe durch einen NiTinol-Klappen-Support. Diese standardisierte Lösung wird bisher nicht individuell angefertigt. Die Morbidität und Mortalität für die Patient/innen ist hoch. Das Projekt ermöglicht es, maßgeschneiderte Implantate zu entwickeln, die Lecks und Komplikationen reduzieren und die Überlebensrate der Patient/innen zu erhöhen. Aus anatomischen Daten der/des Patient/in 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.
Jurykommentar von Dr. Cora Lüders-Theuerkauf, Medical goes Additive e.V / Mobility goes Additive e.V.:
„Diese Pioniere nutzen AM auf so innovative Weise für medizinische Anwendungen aktuell und setzen den Meilenstein für weitere spannende Entwicklungen in der Zukunft.“
Mehr über die 3D Pioneers Challenge
Zur Homepage der 3D Pioneers Challenge 2021
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