Multifunktionale, hybride Sandwichstrukturen für flächige und rohrförmige Konstruktionselemente
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das TP A3 konnte innerhalb der zweiten Förderphase von HIKE Prozesse und Methoden aus der ersten Förderphase entscheidend weiterentwickeln und gleichzeitig auf mehreren Gebieten gänzlich neue Ergebnisse erarbeiten. In enger Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten konnte dabei der Horizont der möglichen Anwendungen und Synergien deutlich erweitert werden. Das neu erschlossene Gebiet der Kurvenfaltungen zeigt ein großes Potenzial dieser Strukturen auf. Eine Steigerung von bis zu 40 % der mechanischen Performance bei gleichem Strukturgewicht konnte sowohl simulativ wie auch im Versuch nachgewiesen werden. Herausforderungen bestehen auf diesem Gebiet noch in der Herstellung, für die noch effiziente Verfahren entwickelt werden müssen. Zuvor nur qualitativ vorhandene Aussagen zum multifunktionalen Potenzial faltkernbasierter Sandwichkomponenten konnten nun auch quantitativ belegt werden. Mehrere Messreihen in den Bereichen der Durchströmung und Akustik bieten handfeste Anhaltspunkte für die zukünftige Auslegung von Strukturen mit spezifischen Eigenschaftsprofilen. Die Betrachtung von Faltungen als Mechanismen hat sich als hochinteressantes Thema herausgestellt. Für Anwendungen im makroskopischen Bereich wie z. B. für Verkleidungen und Fassaden bieten kinematisch aktive Flächenelemente großes Potenzial. Im meso- und mikroskopischen Bereich ergibt sich ein fließender Übergang zum Themenkomplex der Metamaterialien, die mit ungewöhnlichen Eigenschaften (z. B. mit negativer Poissonzahl) aufwarten. Die aufgezeigten Möglichkeiten zur Stapelung mehrerer kongruenter Faltungslagen stellen nur einen ersten Anhaltspunkt für die Vielzahl möglicher Konfigurationen dar. Durch die Weiterentwicklung der Auslegungs- und Fertigungsprozesse können mittlerweile komplexe Faltstrukturen für verschiedenste Anwendungen mit verhältnismäßig geringem Aufwand und innerhalb kurzer Zeit bereitgestellt werden. Dies ist auch nötig, um die große Vielfalt möglicher denkbarer Anwendungen auf Realisierung und Leistungsfähigkeit zu testen. Neben den wissenschaftlichen Fortschritten bieten sich zahlreiche Inhalte aus dem TP A3 auch für die Kommunikation mit einem Laienpublikum an und wurden bzw. werden gerne und erfolgreich für die Vermittlung der Faszination an der Wissenschaft verwendet. So wurden Inhalte bspw. in der Fernsehproduktion „Der Origami-Code“ verwendet, die aktuelle Ergebnisse aus der internationalen Forschungslandschaft zum Thema Origami beleuchtet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Auslegung multifunktionaler isometrischer Faltstrukturen für den technischen Einsatz, Dissertation, Universität Stuttgart, 2013
Klett, Y.
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Realtime Rigid Folding Algorithm for Quadrilateral-Based 1-DOF Tessellations. In: Nr. DETC2013-12659 : ASME 2013 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference., 2013
Klett, Y.
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Kinematic Exploration of 1-DOF Origami Mechanisms. In: Schroecker, H. P. ; Husty, M. (Hrsg.): Proceedings of the 16th International Conference on Geometry and Graphics, Innsbruck., 2014, S. 719-725
Klett, Y. ; Middendorf, P.
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Comparison of Compressive Properties of Periodic Non-flat Tessellations. In: Miura, K.; Kawasaki, T.; Tachi, T.; Uehara, R.; Lang, R. J. ; Wang-Iverson, P. (Hrsg.): Origami 6; Part 2., 2015. ISBN 978-1-4704-1876-2
Klett, Y.; Grzeschik, M. ; Middendorf, P.
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Folding Perspectives: Joys and Uses of 3D anamorphic origami. In: Miura, K.; Kawasaki, T.; Tachi, T.; Uehara, R.; Lang, R. J. ; Wang-Iverson, P. (Hrsg.): Origami 6; Part 2., 2015. ISBN 978-1-4704-1876-2
Klett, Y.
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Kinematic Analysis of Congruent Multilayer Tessellations. In: Journal of Mechanisms and Robotics, Special Issue: Orig (2015), Nr. JMR-15-1125
Klett, Y.
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Multifunktionale, hybride Sandwichstrukturen für flächige und rohrförmige Konstruktionselemente. In: Binz, H. (Hrsg.): Hybride Intelligente Konstruktionselemente – Abschlusskolloquium der DFG-Forschergruppe 981. Institutsbericht 643. Stuttgart: Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2016, S. 13-17, 66-87. – ISBN 978-3-922823-92-6
Klett, Y. ; Middendorf, P.
