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d42a4e62fd
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@ -37,6 +37,7 @@ Bei der Erstllung der Herstellungsmethode wurde darauf Wert gelegt, dass sich di
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Das Repository ist modular aufgebaut. Die Readme [Materialherstellung](mod/material_fabrication/README.md) im Ordner mod/material_fabrication beschreibt den grundlegenden Herstellungsprozess. Die weiteren Module anchor, mould und mounting_system beschreiben die Herstellung von Teilaspekten, die für die Fertigung des Absorbers notwendig sind.
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Eine Gebrausanweisung ist in dem [user manual](doc/usage/user_manual.md) beschrieben.
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Über einen Beitrag oder Verbesserungsvorschlag zu dieser Dokumentation, würden wir uns sehr freuen. Wie Sie dies machen können, finden Sie im [Contribution guide](doc/contributing/CONTRIBUTING.md).
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In dem [Abschlussbericht](doc/final_report/final_report.md) sind die Ergebnisse und Erkenntnisse in Bezug auf die Forschungsfrage, wie gut lassen sich Absorber aus Myzelmaterialien in einem FabLab mit unterstützung digitaler Werkzeuge reproduzieren, dargelegt.
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## Anleitung zur Nutzung dieses Repositories für die Prototypherstellung
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doc/final_report/final_report.md
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doc/final_report/final_report.md
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@ -0,0 +1,374 @@
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SPDX-FileCopyrightText: 2023 Curious Community Labs e. V. <akustik-absorber@curious.bio>
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SPDX-License-Identifier: CC-BY-SA-4.0
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# Abschlussbericht
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Wie gut lassen sich Akustikabsorber-Prototypen aus Pilzmyzelmaterialien in einem
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Fablab mit der Unterstützung digitaler Werkzeuge reproduzieren?
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1. [Einleitung](#1-einleitung)
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2. [Dokumentation](#2-dokumentation)
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3. [Vorbereitung](#3-vorbereitung)
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3.1. [Auswahl digitaler Werkzeuge](#31-auswahl-digitaler-werkzeuge)
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3.1.1. [3D-Drucker](#311-3d-drucker)
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3.1.2. [Lasercutter](#312-lasercutter)
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3.1.3. [CNC-Fräse](#313-cnc-fräse)
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3.1.4. [FreeCAD](#314-freecad)
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3.2. [Hardwarenutzung in offenen Laboren in Hamburg](#32-hardwarenutzung-in-offenen-laboren-in-hamburg)
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3.2.1. [Curious Community Labs e. V. (CCL)](#321-curious-community-labs-e-v-ccl)
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3.2.2. [Openlab Hamburg](#322-openlab-hamburg)
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3.2.3. [Fabulous St. Pauli e. V.](#323-fabulous-st-pauli-e-v)
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4. [Workshopdurchführung](#4-workshopdurchführung)
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4.1. [Workshop Tag 1](#41-workshop-tag-1)
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4.1.1. [Reproduzierbarkeit](#421-reproduzierbarkeit)
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4.1.2. [Nachbereitung](#412-nachbereitung)
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4.2. [Workshop Tag 2](#42-workshop-tag-2)
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4.2.1. [Reproduzierbarkeit](#421-reproduzierbarkeit)
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4.2.2. [Nachbereitung](#422-nachbereitung)
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4.3. [Workshop Tag 3](#43-workshop-tag-3)
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4.3.1. [Reproduzierbarkeit](#431-reproduzierbarkeit)
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4.3.2. [Nachbereitung](#432-nachbereitung)
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5. [Hürden und Probleme](#5-hürden-und-probleme)
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6. [Fazit](#6-fazit)
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## 1. Einleitung
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Die Forschungsfrage, die Eingangs genannt wird, beschäftigt sich mit der
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Reproduzierbarkeit von Akustikabsorber-Prototypen aus Pilzmyzelmaterialien, die
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in einem FabLab-Kontext mit der Unterstützung digitaler Werkzeuge hergestellt
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werden.
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Im Rahmen des FabCity Interfacer-Projektes wurden dazu zwei Workshopreihen
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durchgeführt und insgesamt 24 Prototypen hergestellt, woraus Erkenntnisse über
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den Herstellungsprozess sowie die Reproduzierbarkeit abgeleitet werden können.
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Weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, einen Beitrag zur lokalen, kreiswirtschaftlichen
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Produktion zu leisten und alle zur Reproduktion notwendigen Daten unter Open
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Source Lizenz bereitzustellen.
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Dieser Bericht stellt die Erkenntnisse und Erfahrungen dar, um aus der
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Workshopreihe lernen zu können und um einen nachhaltigen Beitrag für zukünftige
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Workshopreihen zu leisten. Der Erkenntnisstand soll über die Dokumentation sowie
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über die Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung der Workshops dargelegt
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werden.
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## 2. Dokumentation
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Die Dokumentation wurde von uns über Gitea als remote server und lokalen Git
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Instanzen erstellt. Die FabCity bietete dabei Beispiele für den Aufbau eines
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Repository sowie Rahmenbedingungen für eine Open Source gerechten
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Veröffentlichung. Die zugrunde liegende Norm ist die DIN SPEC 3105.
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Die Arbeitsweise mit der Dokumentation hat sich als sehr nützlich erwiesen, da
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dadurch sowohl die Projektplanung gemacht werden konnte als auch die
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Dokumentation versionsweise optimiert werden konnte. Der Herstellungsprozess
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konnte und kann somit kontinuierlich verbessert werden.
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Es wurden im Repository auf standardisierte Ordnerstrukturen Wert gelegt, um eine
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Vergleichbarkeit mit anderen Repositories zu ermöglichen. Alle Texte wurden im
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Markdown-Format geschrieben, um eine Verbesserung leicht durchführbar zu
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machen. Bei den Software Tools wurde, soweit es ging frei verfügbare Software
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benutzt wie z.B. FreeCAD und Inkscape. Es wurde aber ebenfalls für das
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Absorberdesign eine gekaufte Software, Rhino3D, genutzt, da für das Erstellen
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eines komplexen Designs keine vergleichbare Open Source Software vorhanden
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war.
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Die bill of materials ist in einer CSV datei gespeichert, die eine leichte Anpassung
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ermöglicht.
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Bei der Lizenzauswahl wurde mit ähnlichen Veröffentlichungen im Bereich
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Myzelmaterialien verglichen und CC-BY-SA-4.0 als passende Lizenz ausgewählt.
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## 3. Vorbereitung
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Bei der Vorbereitung für die Workshops wurde ein Zeitplan erstellt. Da das
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Pilzmyzel, sobald es einmal wächst, direkt weiterverarbeitet werden muss, ist ein
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methodisches und vorrausschauendes Arbeiten notwendig. Die Vorbereitung der
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nicht lebendigen Bestandteile (Wachstumsformen und Befestigung) wurde als
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erstes geplant und zum größten Teil vor der Arbeit mit dem Pilzmyzel bereits
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durchgeführt.
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Insgesamt war der Vorbereitungsaufwand für einen reibungslosen Workshopablauf
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im Vergleich zur Workshopdurchführung relativ hoch. Es wurden Holzteile
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gefertigt, die Wachstumsformen eingekauft und bearbeitet sowie sämtliche
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Hygiene- und Verbrauchsartikel organisiert und Pilzmyzel bestellt.
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Bei den Vorbereitungsschritten mit 3D-Drucker und Lasercutter haben wir
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festgestellt, dass genügend Zeit eingeplant werden muss, um die Ergebnisse im
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Vorfeld beurteilen zu können und eventuelle Anpassungen vorzunehmen.
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Die Materialien, die in der bill of materials dargestellt sind, bezogen wir
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weitgehend aus dem Baumarkt. Bei höheren Stückzahlen waren in der Filiale nicht
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immer genügend Materialien vorhanden und es musste zum Teil online bestellt
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werden.
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### 3.1. Auswahl digitaler Werkzeuge
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#### 3.1.1. 3D-Drucker
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Das Design der Prototypen ließ sich durch unterschiedliche computergestützte 3D-
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Modellierung umsetzen. Die Formgebung stellte die Rahmenbedingungen für die
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Herstellungsmethode der Wachstumsform. Sie berücksichtigte die Entformbarkeit
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des Myzelmaterials, Handling während des Herstellungsprozesses sowie das
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spätere Gesamtbild nach Installation an der Wand.
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Ziel bei der Auswahl war es, eine Nachbearbeitung der Paneele nach der
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Durchwachsung durch eine gut gestaltete Wachstumsform so gering wie möglich zu
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halten. Die Wahl der Methode zur Herstellung der Wachstumsformen fiel auf den
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3D-Druck.
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Der Vorteil eines 3D Druckes liegt in der Möglichkeit, sehr gleichmäßge und sich
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wiederholende Strukturen herzustellen. Durch die Wahl eines 2-Teiligen Aufbaus
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der Wachstumsform mit Hilfe einer Aufbewahrungsbox aus Kunststoff und einer
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3D-gedruckten Designform als Negativ-Einsatz konnten wir sämtliche
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Oberflächengestaltungen, welche vorher virtuell designt wurden, abbilden. Durch
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die Bereitstellung der .stl Dateien ist eine Designänderung individuell anpassbar
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und ein erneuter Ausdruck möglich.
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#### 3.1.2. Lasercutter
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Da Pilzmyzel ein lebendiges, dynamisch wachsendes Material ist, besteht sowohl in
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der Phase der Durchwachsung als auch bei späterer Trocknung die Möglichkeit,
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dass sich angestrebte Dimensionen nicht einhalten lassen.
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Für den von uns gewählten Herstellungsprozess war eine exakte Positionierung der
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Befestigungsanker entscheidend. Um eine genau reproduzierbare Anordnung der
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Verankerung zu gewährleisten, bot sich die Bearbeitung der Wachstumsform mit
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einem Lasercutter an.
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In den Deckeln der Aufbewahrungsboxen (Wachstumsform) wurden an genau
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festgelegten Positionen quadratische Aussparungen geschnitten. Der Laser lässt
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sich mittels einer Vektorgrafik im .svg Format steuern. Dadurch ließen sich die
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Kunststoffdeckel leicht reproduzierbar und sehr genau bearbeiten.
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#### 3.1.3. CNC-Fräse
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Für das Befestigungssystem wurden Nutleisten benötigt.
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Die im Baumarkt verfügbaren Formate von Nutleisten waren für unsere Anwendung
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nicht geeignet. Um eine Nut nach unseren Maßen herzustellen, wurden
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Rechteckleisten mit Hilfe einer CNC-Fräse mit einer Nut versetzt.
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Auf dem Fräsbett wurde dazu eine Haltevorrichtung für die Leisten angebracht.
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Nach Einstellen des Fräskopfes konnte in kurzer Zeit eine hohe Stückzahl an Leisten
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bearbeitet werden. Die Fräsungen hatten eine hohe Genauigkeit und waren gut
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reproduzierbar.
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#### 3.1.4. FreeCAD
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FreeCAD ist ein Open Source CAD Programm, welches wir für die Erstellung der
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technischen Zeichnungen der Holzwerkstücke (Anker und Befestigungssystem)
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genutzt haben. Das Programm bot ausreichende Möglichkeiten, um die technischen
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Zeichnungen zu erstellen. Dadurch, dass FreeCAD Open Source ist, ist eine
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Adaption des Befestigungssystems oder der Holzanker durch weitere Anwender
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leicht möglich.
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### 3.2. Hardwarenutzung in offenen Laboren in Hamburg
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#### 3.2.1. Curious Community Labs e. V. (CCL)
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Beim Herstellungsprozess der Pilzmyzelmaterialien werden spezielle Labor-
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Werkzeuge benötigt. Diese sind entweder sehr groß oder sehr teuer, so dass sich
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Privatpersonen diese normalerweise nicht kaufen. Im offenen Gemeinschafts-
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Biolabor (CCL) können Gerätschaften für biologische Anwendungen genutzt werden.
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Zwei der drei Workshoptage wurden in den Räumlichkeiten des CCL durchgeführt.
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Für die Workshopdurchführung benötigten wir:
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• Kühlschrank
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• Autoklav mit sterilisierbaren Beuteln
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• Laminarströmungsabzug
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• Impulsschweißgerät
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• temperaturkontrolliertes Wachstumszelt
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• PSA (Handschuhe, Mundschutz)
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• Desinfektionsmittel
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#### 3.2.2. Openlab Hamburg
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Das Openlab Hamburg befindet sich auf dem Gelände der Helmut-Schmidt-
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Universität und bietet der Öffentlichkeit einen Zugang zu modernen, digitalen
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Fabrikationstechnologien.
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Im Openlab wurden wir vom Labormanager tatkräftig unterstützt. Es konnte auf
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folgende 3D Drucker zurückgegriffen werden:
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• BigRep One 1.3
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• Ultimaker 2 extended
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Bei dem BigRep One 1.3 handelt es sich um einen großen 3D Drucker, der für den
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Druck der einteiligen Positiv- und Negativformen zum Einsatz kam. Der BigRep ist
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wegen seiner Größe und Anschaffungskosten häufig nicht in offenen Laboren
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vorhanden. Daher wurden ebenfalls mehrteilige Positiv- und Negativformen
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entworfen, die in unserem Fall mit einem Ultimaker 2 extended gedruckt wurden.
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Die mehrteiligen Positiv- und Negativformen lassen sich auch mit gewöhnlichen
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3D-Druckern drucken, die in offenen Laboren häufiger anzutreffen sind. Die
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Reproduzierbarkeit der Wachstumsformen ist durch die Genauigkeit und
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Fehlerabweichung des jeweilig genutzten 3D Druckers festgelegt.
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#### 3.2.3. Fabulous St. Pauli e. V.
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Das FabLab Fabulous St. Pauli befindet sich in direkter Nachbarschaft zum CCL.
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Ähnlich wie im offenen Biolabor können hier große Maschinen gemeinschaftlich
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genutzt werden.
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Für die Workshopvorbereitung verwendeten wir den Lasercutter Epilog Zing 24.
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Dieser leistungsstarke Lasercutter mit einem Druckbett von 30x60 cm war
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geeignet, die dünnwandigen Deckel der Aufbewahrungsbox bestehend aus
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Polypropylen zu schneiden.
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Auch Hilfsmittel für den Herstellungsprozess, wie Positionierungslehren oder
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Druckplatten konnten mit dem Lasercutter sehr exakt gefertigt werden.
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Außerdem verwendeten wir für Holzteile die große CNC-Fräse, welche ebenfalls im
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FabLab genutzt werden kann.
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## 4. Workshopdurchführung
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Die Workshopdurchführung lief, dank viel Vor- und Nachbereitung und großzügiger
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Zeitplanung für den Workshoptag selbst, zeitlich entspannt ab. Hilfsmittel wurden
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im Vorfeld hergestellt und Materialien bereitgestellt.
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### 4.1. Workshop Tag 1
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Nach Begrüßung und Orientierung folgten Infos zum Projekt und eine Erläuterung
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des Tagesablaufs.
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Die Arbeitsschritte wurden in 2 Teile gegliedert, sodass vormittags das Vorbereiten
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und Sterilisieren des Substrats und nachmittags das Beimpfen des Substrats mit der
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Pilzkultur vorgenommen wurde.
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Die Teilnehmer:innen erlernten an einem Tag alles, was theoretisch und praktisch
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benötigt wird, um das Pilzmyzel für die Durchwachsungsphase vorzubereiten.
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Es wurde darauf Wert gelegt, die praktischen Fähigkeiten mehrmals zu
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wiederholen, um sie gut zu verinnerlichen. Die Teilnehmer:innen meldeten zurück,
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dass auch die vermittelten Inhalte überschaubar und verständlich waren.
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Als Nadelöhr für den Ablauf stellte sich die sterile Werkbank heraus, da dort immer
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maximal eine Person arbeiten und eine weitere zuarbeiten kann. Die
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Workshopteilnehmer:innen empfanden dies nicht als störend, da sie dadurch genug
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Freiraum hatten, um zu beobachten, Gelerntes zu integrieren oder sich
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auszutauschen und kennenzulernen.
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#### 4.1.1. Reproduzierbarkeit
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Insgesamt wurden pro Workshop 12 Substratbeutel hergestellt und beimpft. Bei 6
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Teilnehmer:innen konnte so jede Person 2 Beutel bearbeiten. Durch genaues
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Anleiten konnten vergleichbare Ergebnisse erzielt werden. Besonders beim sterilen
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Arbeiten wurde sogfältig angeleitet. Die Inhalte waren auch für Anfänger
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verständlich und die Arbeitsschritte für alle gut durchführbar.
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#### 4.1.2. Nachbereitung
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Die von den Workshopteilnehmer:innen hergestellten 12 Substratbeutel wurden
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gegen Ende des Workshops sterilisiert. Nachdem sie über Nacht ausgekühlt waren,
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wurden sie am Folgetag von den Workshopdurchführenden mit der Pilzkultur
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beimpft und anschließend in ein Wachstumszelt gegeben.
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### 4.2. Workshop Tag 2
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Am zweiten Workshoptag wurde das beimpfte Substrat in die Akustikabsorberform
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überführt. Dieser Ablauf war deutlich komplexer und enthielt viele Einzelschritte.
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Für 12 Prototypen ergab sich bei einer durchschnittlichen Bearbeitungszeit von 30
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Minuten pro Paneel eine praktische Arbeitsphase von insgesamt 6 Stunden. Nach
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dem Check-in und Vorstellen der Aufgaben für den Tag, wurde relativ zügig mit
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dem praktischen Teil begonnen. Mit Pausen und einem Zeitpuffer für das
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abschließende Aufräumen konnte die Workshopdauer von 8 Stunden eingehalten
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werden.
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Um möglichst einheitliche Prototypen herzustellen, wurden von den
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Workshopdurchführenden immer wieder genaue Hinweise gegeben.
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Auch am Workshop Tag 2 stellte sich die sterile Werkbank als limitierender Faktor
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heraus. Praktischerweise konnten die anderen Teilnehmer:innen zuarbeiten oder
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zuschauen, um so den Ablauf mehrmals zu sehen und zu lernen, bevor sie selbst an
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der Reihe waren.
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#### 4.2.1. Reproduzierbarkeit
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Insgesamt wurden pro Workshop 12 Prototypen hergestellt. Bei 6 Teilnehmer:innen
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konnte so jede Person 2 Prototypen herstellen. Durch den ersten Workshoptag
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hatten die Teilnehmer:innen bereits Vorkenntnisse und somit keine
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Schwierigkeiten, die vermittelten Inhalte und Arbeitsschritte zu verstehen und
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durchzuführen. Die Ergebnisse waren einheitlich.
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#### 4.2.2. Nachbereitung
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Die Nachbereitung des zweiten Workshoptages erforderte Arbeiten an drei
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zusätzlichen Tagen bevor der letzte Workshop beginnen konnte.
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Die Prototypen wurden nach dem Workshoptag in das Wachstumszelt gebracht und
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fünf Tage wachsen gelassen.
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Ohne die Workshopteilnehmer:innen wurde darauf folgend aus allen
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Wachstumsformen die Negativ-Form entfernt. Dieser Schritt hat zu dritt ca. 3
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Stunden in Anspruch genommen.
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Nach weiteren vier Tagen Wachstum wurden die Paneele getrocknet. Das
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Entformen und die Beschickung des Trockners hat zu zweit ca. 1 Stunde gedauert.
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Nach dem Trocknen wurden die Absorber vermessen und die Bohrlehren für die
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Löcher und Muffen in der Verankerung erstellt. Ein Teil der Absorber wurde vorab
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vorbereitet, sodass die Arbeitszeit am letzten Workshoptag ausreichte, um alle
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||||
Absorber finalisieren zu können. Hierfür wurde ein Tag zu zweit benötigt.
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### 4.3. Workshop Tag 3
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Am dritten Workshoptag wurden die getrockneten Absorber für die Befestigung
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bearbeitet, das Befestigungssystem aufgebaut und die Absorber über das
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Befestigungssystem an der Wand installiert.
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Die Teilnehmer:innen lernten die Holzbearbeitung der Verankerung und der
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Befestigungsleiter kennen. Es wurde hierbei handwerklich an den Verankerungen
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der Absorber mithilfe Bohrlehren und Akkuschraubern gearbeitet sowie die
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||||
Befestigungsleiter aufgebaut.
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Bei der Herstellung der Befestigungsleiter kam es häufiger vor, dass die Schrauben
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das Holz spalteten. Es wurde von den Teilnehmer:innen vorgeschlagen, das nächste
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mal eine andere Holzdicke zu wählen oder die Schraublöcher vorzubohren.
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Die Teilnehmer:innen sahen zum ersten Mal die Ergebnisse des zweiten
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Workshoptags. Das Myzel, welches als loses Substrat in Erinnerung war, hatte nun
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Form angenommen und war zu einem festen Block zusammengewachsen. Nach
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||||
anschließender Anbringung an der Wand konnte eine zusammenhängende Fläche
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aus der Ferne betrachtet werden. Die Workshopteilnehmer:innen berichteten, dass
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dieser Moment ein eindrückliches Erlebnis war. Die Ergebnisse der vor 3 Wochen
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begonnenen Arbeitsschritte waren nun sichtbar.
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#### 4.3.1. Reproduzierbarkeit
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Pro Workshop wurden insgesamt 4 Befestigungsleitern händisch zusammengesetzt.
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Hierbei ist uns aufgefallen, dass die Holzarbeiten vergleichsweise aufwändig sind.
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Trotz der Holzlehren für die Löcher in der Verankerung waren die Ankerschrauben
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nicht immer parallel zu der Vorderkante der Absorber, sodass es bei der
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Aufhängung zu geringen Unterschieden kam.
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||||
#### 4.3.2 Nachbereitung
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Die Absorber, welche an die Befestigungsleiter angehängt waren, konnten durch
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||||
die Stellschrauben in der Verankerung justiert werden, sodass die Ausrichtung der
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Kanten parallel zu der Befestigungsleiter war.
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Nach Finalisierung der beiden Workshopreihen wurden die Absorber vorbereitet,
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um sie in das Akustiklabor der HAW Hamburg zu transportieren. Dort wurden sie
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akustisch vermessen. Die ermittelten Absorptionswerte sind vergleichbar mit
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herkömmlichen Akustikabsorber Produkten.
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## 5. Hürden und Probleme
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- Dokumentation:
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Das System von Git, Gitlab und Gitea erforderte ein hohes Maß an
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Einarbeitung. So musste die Funktionsweise vollständig begriffen werden,
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um die Einrichtung vorzunehmen. Es kam immer wieder zu Problemen in der
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Verbindung vom local client zum remote server sowie Mergekonflikten.
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||||
- Vorbereitung:
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Materialbestellungen und Herstellung der Wachstumsformen waren zeitlich
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sehr knapp geplant.
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||||
Die Wachstumsformen waren durch unterschiedliche Systeme hergestellt
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||||
worden. Dadurch kam es zu Abweichungen in der Formgebung und dem
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||||
resultierenden Erscheinungsbild der fertigen Absorber.
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||||
- Durchführung der Workshops:
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Es kam an den ersten beiden Workshoptagen zu Engstellen, da an der
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sterilen Werkbank nur eine Teilnehmer:in zur Zeit arbeiten konnte. Die
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anderen Teilnehmer:innen konnten aber die Zeit nutzen, um sich Techniken
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abzuschauen und Zuarbeiten zu verrichten.
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Die Lagerkapazität für die benötigte Menge an Myzelmaterialien reichte im
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CCL nicht ganz aus, sodass während der Durchwachsung und Trocknung
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örtlich ausgewichen werden musste. Hierbei konnten Räumlichkeiten von
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MycoLutions genutzt werden.
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## 6. Fazit
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Die Workshops haben gezeigt, dass die Herstellung von Myzelmaterialien am
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Beispiel von Akustikabsorber-Prototypen in offenen Laboren, wie sie in Hamburg
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vorzufinden sind, möglich ist und sich die Prototypen mit den vorhandenen
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Maschinen gut reproduzieren lassen.
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Die Möglichkeit der Optimierung und Weiterentwicklung ist über Gitea und Gitlab
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Open Source gegeben. Das System erfordert zwar ein hohes Maß an Einarbeitung,
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die Möglichkeit einer gleichzeitigen Projektsteuerung ist aber lohnenswert.
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||||
Die digitalen Werkzeuge 3D Drucker, Lasercutter und CNC Fräse bevorteilen ein
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exaktes Arbeiten und die Reproduzierbarkeit.
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Für eine größere Anzahl an Absorbern muss räumlich geschaut werden, wo für die
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||||
Durchwachsung Platz ist.
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||||
Bei hohem Bedarf an Materialien muss rechtzeitig die entsprechende
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Materialbestellung angestoßen werden. Eine Methodische Arbeitsweise ist
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notwendig, da das Wachstum des Pilzes nicht mehr zu stoppen ist, wenn er auf das
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Substrat gebracht wird.
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Eine einheitliche Optik lässt sich nur mit gleichartigen Wachstumsformen und
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einheitlicher Arbeitsweise schaffen.
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## 7. Lizenz
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CC-BY-SA-4.0
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