Folded and unfolded - Using tessellation patterns for foldable packaging

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Arts, Design and Architecture | Master's thesis
Location:
P1 OPINNÄYTTEET D 2019 Palmu
Date
2019
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Product and Spatial Design
Language
en
Pages
65
Series
Abstract
This thesis is a research on origami tessellation patterns and their use in packaging design. Origami tessellations are complex polygonal patterns that can be folded into structural materials that have different properties, and can have a high flexibility and transformability, mechanical stiffness, and depending on the material used, they can be very lightweight. Tessellations have been studied for many different purposes but they haven’t been widely used in packaging design yet. The aim of this research is to find patterns that are suitable to be used as packaging structures to replace some of the plastic materials used in packaging, and to study the possibilities of manufacturability of said patterns. This research is a part of FinnCERES, a joint platform formed by Aalto University and VTT Technical Research Centre of Finland, that aims to create new bio-based materials and innovations for more sustainable future. The study is multidisciplinary, combining mathematics, design and material sciences. The study included a research on the correct pattern usage, experimental folding manually and via origami simulator software, creasing and folding experiments, material testing and testing manufacturing possibilities for chosen materials. The specific brief for the research formed into creating a folded package which can protect fragile tableware, so that the package would still be visually pleasing and have a nice user-experience for the consumer when the package is opened. Through experimentation it was found that two pattern types, Miura-Ori and Waterbomb, were most suitable for the chosen purpose of the packages. The end result was a package structure which used a Waterbomb pattern with donut shaped pieces, which wraps around tableware whenever it takes a spherical form. These pieces work as cushioning inside a regular package, and protect the object from breaking. The manufacturing question was still left open during the extent of this study. The manufacturability of the Miura pattern is quite certain, and it has been done elsewhere, but finding or creating the machinery would be complex, and would need to be studied further. Waterbomb pattern has a lot of challenges, but based on the test that were done during this research, industrial manufacturing could be possible.

Opinnäytetyö perehtyy origamitesselaatioihin ja niiden käyttöön pakkaussuunnittelussa. Origamitesselaatiot ovat polygoneista koostuvia geometrisiä kuvioita, joita voidaan hyödyntää erilaisten rakennemateriaalien taittelussa. Origamitesselaatioita hyödyntävät taitellut materiaalit ovat ominaisuuksiltaan monipuolisia. Niiden ominaisuuksia ovat esimerkiksi joustavuus, muunneltavuus ja mekaaninen jäykkyys, ja taitteluun käytetystä materiaalista riippuen ne voivat olla hyvin kevyitä, säilyttäen silti rakenteellisen vahvuutensa. Vaikka tesselaatiokuviot ovat olleet eri alojen kiinnostuksen kohteena jo pitkään, niiden sovelluksia pakkausmuotoilussa ei ole juurikaan tutkittu. Opinnäytetyö keskittyy tutkimaan taittelukuvioita, joiden avulla voidaan luoda muovimateriaaleja korvaavia rakenteita pakkaussuunnittelussa. Tavoitteena on myös selvittää mahdollisuutta näiden taittelukuvioiden teolliseen valmistamiseen tulevaisuudessa. Opinnäytetyö on tehty osana Aalto-yliopiston ja VTT:n yhteistä FinnCERES-osaamiskeskittymää, jonka tavoitteena on kehittää biopohjaisia materiaaleja ja ratkaisuja kestävän kehityksen tueksi. Tutkimuksen projektiosuus keskittyi suunnittelemaan käyttäjäystävällistä ja visuaalisesti kiinnostavaa pakkausmateriaalia, joka suojaisi helposti särkyviä tuotteita. Tutkimus osoitti, että tarkastelluista taittelukuvioista Waterbomb- sekä Miura-kuvioiden hyödyntäminen vastasi toimeksiantoon parhaiten. Lopputuote oli pakkausrakenne, joka hyödynsi “donitsin” muotoista Waterbomb-kuviota niin, että pakkausrakenne kiertyi pyöreiden astioiden ympärille. Näin pakkausrakenteet suojaavat tuotetta ulomman pakkauksen sisällä ja estävät tuotetta särkymästä, korvaten esimerkiksi kuplamuovia tai polystyreeniä. Tutkittujen taittelukuvioiden teollisen tuottamisen mahdollisuuksia ei voitu opinnäytetyön aikana täsmällisesti osoittaa. Miura-kuvion teollinen tuottaminen on mitä todennäköisimmin mahdollista, ja sitä on jo tehty muualla, mutta oikeanlaisen koneistuksen kehittäminen on haastavaa ja vaatisi lisätutkimusta. Waterbomb-kuvio muodostaa paljon haasteita, mutta tutkimuksen aikana suoritettujen testien perusteella sen teollinen tuottaminen voisi myös olla mahdollista
Description
Supervisor
Lohmann, Julia
Thesis advisor
Peltonen, Kirsi
Keywords
origami tessellations, packaging, replacing plastics, FinnCERES, folding, bio-based materials
Other note
Citation