AIRTABLE: Edelstahldruck für funktionale Space Frames

Forscher an der Singapore University of Technology and Design, erforschen den 3D-Druck mit Metall für Weltraumrahmenkomponenten und -strukturen. Ihre Forschungen und neuen Beiträge zu AM-Prozessen werden in der kürzlich veröffentlichten Veröffentlichung “Stainless steel printing for functional space frames” vorgestellt.

Das Team erstellte einen leichten Metalltisch als Beispiel für einen Weltraumrahmen mit einer „vielversprechenden strukturellen Topologie“. Der Schwerpunkt seiner Forschung lag auf dem Drucken im großen Maßstab sowie verschiedenen additiven Fertigungsmethoden, die eine gute mechanische Festigkeit erzeugen können, wie sie üblicherweise in Metall-3D zu finden sind Drucken.

Die Autoren weisen darauf hin, dass die meisten bisherigen Forschungen zur Verwendung von AM in 3D-gedruckten Architekturen begrenzt waren – und die meisten eher darauf abzielen, die Erschwinglichkeit zu verbessern bzw. das Bauvolumen zu verbessern. Die Studie, die als AIRTable bezeichnet wird, konzentriert sich auf die Herstellung starker Verbindungen, die strengen Belastungsbedingungen standhalten können – jedoch in Form von Möbeln.

“Das Hauptziel bestand darin, zu testen, wie AM das Entwerfen und Herstellen komplexer Teile und komplizierter Verbindungsdetails ermöglicht, die dann verwendet werden, um strukturelle Systeme komplexer Geometrie durch mechanische Verbindungen zusammenzusetzen”, erklärten die Forscher. „Die Methodik deckt alle Phasen des Konstruktions- und Herstellungsprozesses ab und verwendet ein einziges Demonstrationsprojekt, um die assoziative Modellierung, das Konstruieren von Verbindungsdetails, die Teilefertigung, die Montage und das Testen von Lasten voranzutreiben.“

Als Material wurde Metall ausgewählt, um dem Tisch Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen. Die 84 3D-Knoten wurden mit 420er Edelstahl gedruckt. Das Projekt war zwar erfolgreich, benötigte jedoch eine Vorlaufzeit von rund einem Monat.

“Nachdem die Knoten und Stangen hergestellt worden waren, wurden sie an ihren jeweiligen Enden mit Gewinden im und gegen den Uhrzeigersinn eingefädelt”, erklärten die Forscher. „Die Tischplatte besteht aus weißem Corian, der mit einem 6-Achsen-CNC-Fräser abgeschrägt und unten ausgehöhlt wurde. Es wurde dann mit einem leichteren Material, Sperrholz, gefüllt, um das Gewicht des Tisches zu verringern. Das Gewicht der Tischplatte wurde auf ca. 90 kg geschätzt. Das weiße, durchscheinende Erscheinungsbild verleiht dem Tisch trotz seiner Steifheit, die zur Stabilität des Tisches beitrug, die gewünschte Illusion von Leichtigkeit.“

„Die Ergebnisse zeigen, dass AM erfolgreich zur Herstellung komplexer und detaillierter Elemente in der Architektur eingesetzt werden kann und Designern neue Wege eröffnet, um mit komplexen Geometrien umzugehen, bei denen Leichtigkeit, Kontinuität und Schlichtheit eine wichtige Rolle spielen“, so die Autoren abschließend. „Die resultierende hyperredundante Struktur ist nicht nur strukturell funktional, sondern verstärkt auch eine Erzählung von Leichtigkeit, sowohl konzeptionell als auch wörtlich. Die Komplexität des Projekts wurde erfolgreich durch ein assoziatives Modell bewältigt, das die strukturelle Leistung automatisch validiert und jede Knotengeometrie und jedes Verbindungsdetail erstellt.
“Wir hoffen, mit der Durchführung des AIRMesh-Projekts die Erforschung dieser Methode zur Schaffung von Weltraumrahmensystemen voranzutreiben und sie einem vollständig realisierten Architekturprojekt näher zu bringen.”