ETH Zürich: 3D-Druckverfahren für große Strukturen

Das Projekt “Fluid Forms”, das sich mit den Anwendungsmöglichkeiten der Roboterfertigung befasst, stellt ein additives Roboterfertigungsverfahren vor, das den Druck von doppelt gekrümmten dünnen Schalen auf effizientere Weise ermöglicht.

“Fluid Forms” demonstriert die Anwendungsmöglichkeiten der robotergestützten Fertigung. Mit einer Höhe von fast 2 Metern wird eine leichte Schale präsentiert, die mittels eines innovativen robotergestützten additiven Fertigungsverfahrens hergestellt wurde.

Das Design von “Fluid Forms” ist von der Costa-Minimalfläche inspiriert, die zu einer Familie von Formen gehört, die für eine gegebene Begrenzung die Fläche minimieren und dadurch eine Geometrie mit verbesserten strukturellen Eigenschaften erzeugen. Diese wird mit Druckpfaden realisiert, die an die Hauptkrümmungsrichtungen der Form angepasst sind.

Das Fertigungsverfahren bietet im Vergleich zum planaren Druck erhebliche Vorteile: Es reduziert den Bedarf an Stützmaterial, erhöht die Präzision und verbessert die Oberflächenqualität in Bereichen hoher Krümmung. Die Orientierung des Druckpfades wird durch eine Vektorfeldoptimierungsmethode gesteuert, die für die spezifischen Bedürfnisse und Einschränkungen des nicht-planaren 3D-Drucks fein abgestimmt ist. Um die Steifigkeit der Struktur zu erhöhen, werden ihr Wellen hinzugefügt, die orthogonal zur Druckrichtung verlaufen. Der Prototyp wird mit einer trockenen Montagemethode zusammengefügt, die eine einfache Demontage zur Wiederverwertung nach der Lebensdauer des Projekts ermöglicht.

Neben der Verbesserung der Produktionseffizienz machen die Druckpfade eine inhärente Eigenschaft der zugrundeliegenden Geometrie sichtbar und zeigen eine verborgene Informationsebene auf. Dies schafft eine neue Ästhetik, die die Agilität der robotergestützten Fertigung feiert. Die Form ermöglicht überraschende Durchblicke beim Umhergehen, fungiert zeitweise als opake Grenze und dann wieder als transparenter Vorhang. Damit gibt sie einen Ausblick auf eine Architektur, die die Grenzen zwischen Innen und Außen verwischt und voller Farben und Überraschungen steckt.

Dieses Projekt unterstreicht das Potenzial des 3D-Drucks in der Architektur und bietet neue Perspektiven für die Konstruktion großmaßstäblicher, leichter Strukturen mit beispielloser Präzision und Materialeffizienz.