Skizze CAD Konstruktion Büro für Industrial Design Deutschland

cooperation projects

Collux ZIM project funding

By the end of 2020 we will have tog­e­ther with the Chair for tech­ni­cal che­mis­try at the Uni­ver­si­ty of Duisburg-Essen and the Fir­ma CryLaS GmbH aus Ber­lin ein Koope­ra­ti­ons­pro­jekt zu inno­va­ti­ver Pro­dukt­ent­wick­lung durchgeführt. 

This pro­ject was Cen­tral Inno­va­ti­on Pro­gram for SMEs (ZIM) pro­mo­ted. The ZIM is a nati­on­wi­de fun­ding pro­gram that is open to all tech­no­lo­gies and sec­tors, with the aim of sus­tain­ab­ly streng­thening the inno­va­ti­ve power and thus the com­pe­ti­ti­ve­ness of medium-sized com­pa­nies. The tech­no­lo­gi­cal inno­va­ti­on con­tent and good mar­ket oppor­tu­ni­ties of the fun­ded R&D pro­jects are essen­ti­al for appr­oval (
The aim of the three-year coope­ra­ti­on pro­ject was to deve­lop a com­pact and eco­no­mic­al­ly attrac­ti­ve machi­ne for the pro­duc­tion of metal nano­par­tic­le colloids. 

Nanopartikel in der Industrie: Herstellung und Einsatzgebiete

Col­lo­idal nano­par­tic­les are tiny par­tic­les that are very fine­ly dis­tri­bu­ted in water or other sol­vents. With the help of a laser beam, the smal­lest parts are vapo­ri­zed from the sur­face of a solid and bound in a liquid medi­um. They are usual­ly very expen­si­ve: gold nano­par­tic­les cost about 300 times more than the pure pre­cious metal in the same quan­ti­ty in one pie­ce. The­re are almost no are­as of indus­try and rese­arch in which nano­tech­no­lo­gy is not used. The are­as of appli­ca­ti­on ran­ge from che­mis­try and mate­ri­als engi­nee­ring to bio­tech­no­lo­gy, phar­ma­cy and medi­cal tech­no­lo­gy to ener­gy gene­ra­ti­on, ener­gy sto­rage and envi­ron­men­tal pro­tec­tion.

A spin-off of the Pro­jekter was aimed at right from the start. In this way, know­ledge trans­fer from the uni­ver­si­ty envi­ron­ment to indus­try could be ensu­red. Due to the deve­lo­p­ment, which was ulti­m­ate­ly patent pen­ding, and the suc­cessful coope­ra­ti­on, the pro­ject came clo­ser and clo­ser. The goal is the spin-off at the begin­ning of 2022 (

Kooperationsprojekte Projekter Industrial Design, CryLas, Universität Duisburg Essen

Division of work areas

CryLaS GmbH wähl­te das pas­sen­de Laser­sys­tem aus und arbei­te­te das elek­tri­sche Sys­tem aus, wäh­rend die Uni­ver­si­tät Duisburg-Essen für die pro­zess­tech­ni­schen Grund­la­gen und die Gesamt­in­te­gra­ti­on des Auto­ma­ten ver­ant­wort­lich war.

Our scope of duties included product/design deve­lo­p­ment, device ergo­no­mics, housing con­s­truc­tion and indus­tria­liza­ti­on of the pro­to­ty­pe as well as pre­sen­ta­ti­on creation.

The specification

Im August 2018 star­te­ten wir das Pro­jekt mit einer umfas­sen­den Markt- und Umfeld­ana­ly­se. Als Grund­stein für inno­va­ti­ve Pro­dukt­ent­wick­lung konn­ten wir die Anfor­de­run­gen an das Gerät mit den Pro­jekt­part­nern erar­bei­ten und fass­ten die Ergeb­nis­se in einem gemein­sa­men Las­ten­heft zusam­men. Dies umfass­te ergo­no­mi­sche Ansprü­che, for­ma­le Kri­te­ri­en, Umge­bungs­fak­to­ren, tech­ni­sche Anfor­de­run­gen, Her­stell­bar­keit und Produktionskosten.

So soll­te der Auto­mat ergo­no­misch und intui­tiv zu bedie­nen sein. Dies bezog sich sowohl auf Aspek­te der manu­el­len Bedie­nung als auch auf die Bedie­nung über ein digi­ta­les Inter­face. Die­ses Inter­face soll­te den Benutzer/ die Benut­ze­rin mög­lichst selbst­er­klä­rend durch die Bedie­nung und die ein­zel­nen Menü­schrit­te füh­ren. Obwohl tech­ni­sche Pro­dukt­in­no­va­tio­nen sicht­bar sein und sich von ande­ren Gerä­ten in der Labor­um­ge­bung unter­schei­den soll­ten, soll­ten sie den­noch seman­tisch mit ver­wand­ten Gerä­ten in der Labor­um­ge­bung ver­bun­den sein. 

Ziel war es, ein zeit­lo­ses Design und die rich­ti­ge Pro­dukt­se­man­tik zu schaf­fen, um eine lang­fris­ti­ge Ver­füg­bar­keit der Labor­ge­rä­te zu gewähr­leis­ten. Die Gestal­tung muss­te unter Berück­sich­ti­gung einer zum Markt­ein­tritt klei­ne­ren Serie erfolgen. 
Laborgeräte Projekter Idustriedesign

project flow

In der ers­ten Arbeits­pha­se war es not­wen­dig, die Rah­men­be­din­gun­gen des Pro­jek­tes genau zu defi­nie­ren. Rela­tiv ein­deu­tig zu benen­nen waren hier die äuße­ren Abmes­sun­gen des Gerä­te­ge­häu­ses, die an die Gege­ben­hei­ten des Umfelds ange­passt wur­den. Kom­pakt­heit ist eines der pri­mä­ren Zie­le inno­va­ti­ver Pro­dukt­ent­wick­lung, da der Platz auf den Arbeits­ti­schen in den Labors begrenzt ist und oft meh­re­re Gerä­te neben­ein­an­der Platz fin­den müs­sen. Dadurch erga­ben sich maxi­ma­le Abmes­sun­gen in Tie­fe und Höhe. Ein Brei­ten­maß wur­de vor­erst nicht fest­ge­legt. Grund­sätz­lich galt jedoch, den Foot­print des Gerä­tes so schmal wie mög­lich zu halten. 

Das Team der Uni­ver­si­tät und die Fir­ma CryLaS erar­bei­te­ten ein mög­li­ches Tech­no­lo­gie­pa­ket, bestehend aus opti­schen und elek­tro­ni­schen Kom­po­nen­ten, das die Min­dest­ma­ße des Gehäu­ses defi­nier­te. Für den Auf­bau des Auto­ma­ten galt: je kom­pak­ter das Gehäu­se, des­to kos­ten­güns­ti­ger und inte­grier­ba­rer ist das Gerät bei der Fer­ti­gung und im Einsatz. 
Materialkasette Projekter Idustriedesign

Konzeption und Ergonomie des Nanovollautomaten

It was deter­mi­ned that the nano­col­lo­ids should be pro­du­ced with the hig­hest pos­si­ble puri­ty. The start­ing mate­ri­als should be three pre­cious metals (gold, sil­ver and pla­ti­num) and a col­lo­id medi­um (flu­id).

So we nee­ded both an exch­an­geable mate­ri­al car­tridge and three liquid con­tai­ners, becau­se in addi­ti­on to the flu­id we also nee­ded a con­tai­ner for the liquid to flush the sys­tem and a sta­bi­li­zer solu­ti­on.
In addi­ti­on, a release quan­ti­ty was defi­ned as a mea­su­re for the inten­ded coll­ec­tion vessel.

Skizze Konzeptfelder Büro für Industrial Design Deutschland

While the Uni­ver­si­ty of Duisburg-Essen and CryLas were con­duc­ting various series of tests to deter­mi­ne the pre­re­qui­si­tes for opti­mal pro­duc­ti­vi­ty of the abla­ti­on (pro­cess of col­lo­id crea­ti­on), we crea­ted the first ergo­no­mic and topo­lo­gy con­cepts based on the key data known at the time.

For this pur­po­se, the ques­ti­ons had to be ans­we­red before­hand as to which func­tions the machi­ne has and which requi­re­ments must be met in the area of con­flict bet­ween users, envi­ron­ment and technology.

The fol­lo­wing sub­ject are­as could be defi­ned by the sche­ma­tic dra­wing of the nano-automatic machine:

  • flu­id delivery
  • Tar­get
  • UI
  • coll­ec­tion vessel
  • inner workings
  • housing con­s­truc­tion.

In this way, it was pos­si­ble to deter­mi­ne which fac­tors were set and for which sub-areas new con­cepts were required.

Prozessmatrix Nanovollautomat Design Projekter Duisburg

To sup­port this, we crea­ted a pro­cess matrix. With the help of the plan, we were not only able to simu­la­te a detail­ed cour­se of action for the user, but also to dis­c­lo­se weak points and poten­ti­al risks in the process.

In order to ensu­re good device ergo­no­mics, a par­ti­cu­lar focus was on inves­ti­ga­ting the inter­ac­tion points bet­ween humans and the device. As a result, we were able to defi­ne are­as of action. The­se include ope­ra­ti­on via the digi­tal inter­face, fil­ling and repla­cing the flu­id tanks, inser­ting or repla­cing the tar­get housing and remo­ving the finis­hed pre­cious metal colloid.

Konzeption, Entwicklung und Test der Gerätetechnologie

Durch Über­tra­gung der Aus­wurf­me­cha­nik einer Nin­ten­do 64 Kon­so­le haben wir ein­fa­che und robus­te Bedien­kon­zep­te erar­bei­ten können.

In order to check ergo­no­mics and func­tion, we made mock­ups of three favo­ri­te con­s­truc­tion vari­ants. At this ear­ly stage of the pro­cess and in the deve­lo­p­ment of the­se ergo­no­mic con­cepts, the "design" in the sen­se of an aes­the­tic, exter­nal design did not play a role. It is important that the func­tion­a­li­ty of a device is gua­ran­teed first, so that the aes­the­tics can then be matched to the function.

We had the resul­ting models tes­ted and com­men­ted on by poten­ti­al users in the pro­duct envi­ron­ment over a lon­ger peri­od of time. This allo­wed us to cor­rect errors through ear­ly test­ing pha­ses and ensu­re that our con­cepts work­ed in the field test.

Unse­re Werkstatt-Infrastruktur erwies sich auch in die­sem Pro­jekt als not­wen­dig und hilf­reich. Wir ent­wi­ckel­ten eine ent­nehm­ba­re Mate­ri­al­kas­set­te, die wir in unse­rem haus­ei­ge­nen 3D-Labor mit­tels 3D-Druck anfer­tig­ten. Wir stell­ten die Kas­set­te der Uni­ver­si­tät zur Ver­fü­gung, um sie auf Funk­ti­on und Dicht­heit in den Ver­suchs­rei­hen zu über­prü­fen und in Ver­bin­dung mit unse­rer ent­wi­ckel­ten Aus­wurf­me­cha­nik zu testen.

Formfindung Design Gerätedesign Projekter
Collux CAD Konstruktion Büro für Industrial Design Deutschland
Collux CAD Konstruktion Büro für Industrial Design Deutschland

"How can we imagine the case?"

In the next step we star­ted with the design and tech­ni­cal imple­men­ta­ti­on of the machi­ne housing. An important step, becau­se up until now we only had a con­cept and, thanks to the pro­to­ty­pes, an idea of how the struc­tu­re would be. The pro­ject part­ners initi­al­ly found it dif­fi­cult to ima­gi­ne how the black card­board boxes would beco­me a real device. What we nee­ded was a sui­ta­ble visua­liza­ti­on. In addi­ti­on to the many skills, the designer's abili­ty to turn ide­as into real pro­ducts is the decisi­ve fac­tor.

We deve­lo­ped a design for the machi­ne that was aes­the­tic, based on ergo­no­mic know­ledge, met all safe­ty requi­re­ments and was easy to imple­ment accor­ding to the pro­duc­tion method. 

The small series of 20-500 pie­ces requi­red pro­duc­tion methods wit­hout expen­si­ve mold or jig con­s­truc­tion. Here it beca­me clear once again that no com­pro­mi­ses in design are neces­sa­ry, even with major rest­ric­tions in terms of manu­fac­tu­ring opti­ons. Sin­ce we have alre­a­dy work­ed suc­cessful­ly on pro­jects with simi­lar issues in the past, we were able to draw on our expe­ri­ence in the field of design with bent sheet metal and fold­ed parts. 

Unter Berück­sich­ti­gung des Anfor­de­rungs­ka­ta­lo­ges ent­stan­den zwei Design-Varianten. Eine Vari­an­te über­zeug­te durch ihre mini­ma­le Stell­flä­che, wohin­ge­gen die ande­re Vari­an­te die fron­ta­le Bedie­nung als zen­tra­les Merk­mal der Gestal­tung zu Grun­de lag. Die­se wur­den in einem Pro­jekt­tref­fen vor­ge­stellt und dis­ku­tiert. Haupt­un­ter­schied besteht in der Ver­or­tung der bei­den Fluid­be­häl­ter. Die Vari­an­te „easy front Access“ über­zeug­te alle Pro­jekt­part­ner ein­stim­mig in Hand­ha­bung und Gestaltungpotentialen. 

Iteration loops are part of our everyday life

Da das bis­he­ri­ge Laser­sys­tem nicht leis­tungs­fä­hig genug war und in die­ser Kon­fi­gu­ra­ti­on nicht kon­kur­renz­fä­hig auf dem Markt gewe­sen wäre, muss­te eine stär­ke­re Laser­strahl­quel­le ver­wen­det und erneut getes­tet wer­den. Das alter­na­ti­ve Laser­sys­tem erbrach­te schließ­lich die gewünsch­te Pro­duk­ti­vi­tät. In der Kon­se­quenz muss­te die Gerä­te­to­po­lo­gie über­ar­bei­tet und somit auch das Design bzw. das CAD dem neu­en, grö­ße­ren Bau­raum der Tech­nik ange­passt werden.

Cor­rec­tion loops are part of the deve­lo­p­ment pro­cess and are valuable in ear­ly pha­ses, sin­ce the­re is still the oppor­tu­ni­ty to imple­ment them wit­hout gre­at expen­se. The­se types of adjus­t­ments and opti­miza­ti­ons are also part of our day-to-day busi­ness in other projects.

Ins­be­son­de­re der Aspekt einer mög­li­chen Ska­lie­rung, der bereits bei der Bewer­tung der bei­den Design­va­ri­an­ten dis­ku­tiert wur­de, erwies sich nun als gro­ßer Vor­teil. So war die Anpas­sung umsetz­bar, ohne den Cha­rak­ter und den ursprüng­li­chen Design­ge­dan­ken des Auto­ma­ten zu ändern.

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Our final work packa­ge con­sis­ted of put­ting the deve­lo­ped design in our pro­to­ty­pe work­shop umzu­set­zen. Das Gehäu­se im Pro­to­ty­pen­sta­di­um kann zu 100% zurück gebaut wer­den, um nach­träg­li­che Ände­run­gen durch­füh­ren zu kön­nen. So wur­de bei­spiels­wei­se an Stel­le von dau­er­haf­ten Schweiß­ver­bin­dun­gen vor­erst auf Ver­schrau­bun­gen der Gehäu­se­tei­le gesetzt. Spä­ter, in der Seri­en­fer­ti­gung, kön­nen diver­se Schraub­ver­bin­dun­gen durch Schweiß­stel­len ersetzt wer­den, wodurch der Mon­ta­ge­auf­wand und die Pro­duk­ti­ons­kos­ten wei­ter redu­ziert wer­den. Nach Erhalt der extern gefer­tig­ten Gehäu­se­tei­le, wel­che zuvor von uns in CAD kon­stru­iert wur­den, konn­ten wir mit der Mon­ta­ge des funk­ti­ons­fä­hi­gen Pro­to­ty­pen star­ten. Aus Blechbiege- und Kant­tei­len, mil­led parts , screws and 3D prin­ted parts , through pain­ting, assem­bly and pas­ting with pro­duct gra­phics, the first two nano ful­ly auto­ma­tic machi­nes were crea­ted step by step.

The con­clu­si­on of the pro­ject was the inser­ti­on of the moun­ting pla­te with the laser sys­tem and the con­nec­tion of the housing and the tech­ni­cal unit.
The result is two func­tion­al pro­to­ty­pes that, as plan­ned, can be used to pre­sent the pro­ject idea at trade fairs or simi­lar events and for initi­al field tests.

The result

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Das durch das ZIM geför­der­te Koope­ra­ti­ons­pro­jekt ist ein gutes Bei­spiel, wie inter­dis­zi­pli­nä­re Koope­ra­ti­on funk­tio­nie­ren kann und wel­chen zen­tra­len Anteil Industrial-Designer leis­ten kön­nen. Das Vor­ha­ben, ein kom­pak­tes und wirt­schaft­lich attrak­ti­ves Desk­top­ge­rät zur Erstel­lung von Metall­na­no­par­ti­kel­kol­lo­iden zu ent­wi­ckeln, wur­de erfüllt. 
Ent­schei­dend war die enge Zusam­men­ar­beit, sodass ein reger Infor­ma­ti­ons­fluss auf­recht erhal­ten wer­den konn­te und man sich gegen­sei­tig mit den jewei­li­gen Kom­pe­ten­zen unterstützte. 

Wir erach­ten den Trans­fer von Wis­sen und inno­va­ti­ven For­schungs­er­geb­nis­sen aus den aka­de­mi­schen Berei­chen in die Indus­trie als beson­ders wich­tig. Des­halb sind wir stolz, Teil der Koope­ra­ti­on sein zu kön­nen und als Inno­va­ti­ons­trei­ber und umset­zungs­ori­en­tier­te Part­ner, Ideen wirt­schaft­lich in den Markt zu brin­gen. Wir hal­fen nicht nur bei der Form­fin­dung des Auto­ma­ten­ge­häu­ses und des­sen Ergo­no­mie, son­dern leis­te­ten auch bei der Pro­zess­op­ti­mie­rung zur Erstel­lung des Kol­lo­ides unse­ren Bei­trag. Das erklär­te Ziel der Aus­grün­dung ist für das Jahr 2022 geplant. Hier­für wün­schen wir viel Erfolg und freu­en uns, dass wir das jun­ge Start-Up auch wei­ter­hin als Design- und Ent­wick­lungs­part­ner beglei­ten werden. 

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