Award / Auszeichnung (auch fĂŒr Studenten) | 02/2018
competitionline campus 2018
©Martin Emilio Alvarez, Erik Eugenio Alvarez
ZusammengenÀhte Strukturen
Gewinner Absolventenarbeiten
Preisgeld: 1.000 EUR
UniversitÀten / Hochschulen
Student*in Architektur
Student*in Architektur
ErlÀuterungstext
Das Projekt in einem Satz:
Holzschalen werde mit Roboter vor Ort zusammengenÀht.
Warum ist das Projekt besonders innovativ?
Neuartige dĂŒnne Holzschalen entstehen durch das Kombinieren von Robotik, computerbasiertem Entwerfen und Textildesigntechniken.
Projektbeschreibung:
âZusammengenĂ€hte Strukturenâ untersucht die Anwendung von Techniken aus dem Bereich der Robotik, sowie den Einbau von Sensoren in Zusammenhang mit Textildesign und IndustrienĂ€hen, um innovative Strategien fĂŒr die Herstellung von dĂŒnnen Holzschalen zu entdecken.
Die zugehörige Forschung bezieht sich auf traditionelle, jedoch heutzutage gebrauchte Kleidermuster und Verbindungstechniken, und wandelt die im Kontext von neuen Materialien um. Die Logik hinter der zweidimensionalen Textilmustertechnik, hĂ€ufig gebraucht in der Kleidermode, ist ĂŒbertragen auf gröĂeren MaĂstab durch die Anwendung von dĂŒnnen elastischen Sperrholzplatten. Die vorgeschlagene Verbindungsmethode ist ZusammennĂ€hen. Vergleichbar mit Holzverkleben, diese Technik bietet zusĂ€tzlich die Möglichkeit an, Verbindungen zu erschaffen, die auch auf Zug beansprucht werden können. Die NĂ€htechnik ermöglicht die Verbindung der zugeschnittenen zweidimensionalen Holzteile, die, gehalten durch die erzeugte elastische Biegung, eine dreidimensionale doppelt-gekrĂŒmmte Struktur formen.
Ein adaptives Fabrikationsprozess, basierend auf Menschen-Roboter Kollaboration, ermöglicht die Verwirklichung von gröĂeren Strukturen und, gleichzeitig, bekĂ€mpft die Schwierigkeiten erzeugt durch die komplizierte Geometrie der Teile und durch das Materialverhalten. Im Gegenteil zu wiederholbaren Manufakturprozessen, deren Automatisierung auf der AusfĂŒhrung von vorgegebenen und komplett definierten Schritten beruht, verwendet das Projekt âZusammengenĂ€hte Strukturenâ eine Sensortechnik, um auf das Materialverhalten der Struktur wĂ€hrend der Robotik-Fabrikation reagieren zu können. Dabei wird die Struktur mehrmals wĂ€hrend ihrer Herstellung gescannt. Die Lage der NĂ€hverbindungen zwischen den einzelnen Holzteilen ist vorher markiert, so dass ihre Position im Raum durch die Sensoren in Echtzeit erkannt werden kann und der Roboter in die richtige Stelle gefahren wird. Dadurch werden die Holzteile nacheinander zusammengefĂŒgt und dauerhaft mit NĂ€hten gebunden. Ein spezifisch dafĂŒr programmiertes Entwurfswerkzeug wurde entwickelt, um gleichzeitig Parameter ĂŒber die Materialeigenschaften, die Robotik-Fabrikation und die Assemblierungslogik der porösen, welligen Gewölbe mit einzubeziehen. Das Zusammenspiel von MaterialitĂ€t und Materialisierung fĂŒhrt zur Herstellung einer zusammengenĂ€hten Holzschale, die das VerstĂ€ndnis ĂŒber die Eigenschaften vom uralten Baumaterial Holz erweitert und einen neuen gewebeartigen und rĂ€umlichen Ausdruck entfaltet.
Das Projekt kann in vier zusammenhÀngenden Teilen gegliedert werden:
(1) Die Ăbertragung von Textilmustertechniken, hĂ€ufig gebraucht in der Kleidermode, in Entwurf- und Produktionslogik von flexiblen 3 mm dĂŒnnen Sperrholzsegmenten;
(2) Die Eigenschaft der einzelnen Elementen sich elastisch zu biegen und, wenn zusammengebunden, eine stabile Konstruktion zu bilden;
(3) Die Anwendung von NĂ€hen als innovative Verbindungstechnik fĂŒr dĂŒnne Materialien;
(4) Die Integration von NĂ€hen in ein automatisiertes und adaptives Robotik-Herstellungsprozess. Realisierbar durch die Anwendung von Sensoren, das Prozess ermöglicht die Erstellung von dreidimensional gekrĂŒmmten architektonischen Strukturen.
1. Die ElastizitĂ€t der dĂŒnnen Sperrholzplatten erlaubt die Erforschung von Musterdesignstrategien, bekannt im Bereich der Textilmaterialien. Holz ist ein Anisotrop- und Naturfaserverbundwerkstoff - die dĂŒnnen Sperrholzplatten bestehen aus gestapeltem SchĂ€lfurnier und verhalten sich, deswegen, eher als dreidimensionales Textilgewebe. Abgesehen vom offensichtlichen Unterschied zwischen den Materialeigenschaften des Textilgewebes und des Sperrholzes, die gröĂere Steifigkeit des Sperrholzes fĂŒhrt zu generellem Ăberdenken der Anwendung von Textilmustertechniken als Entwurfsmethode.
2. Buche ist eine der flexibelsten Holzarten mit einem maximalen KrĂŒmmungsradius von 370 mm. Es ist zusammengestellt aus drei Schichten 3 mm dickes Sperrholz, was ideal fĂŒr das Biegen und das ZusammennĂ€hen ist. Eine empirische Testmethode wurde ermittelt, um die mathematische Beziehung zwischen den Abmessungen der einzelnen Segmente und deren maximalen Biegung, bevor sie Versagen, abzuleiten. Eine abgeleitete Gleichung wurde benutzt, um die maximale Biegungsleistung der einzelnen Holzteile zu berechnen.
3. Belastungsteste wurde durchgefĂŒhrt um die Eigenschaften der Naht als Verbindungsmittel zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass, wenn schlau verteilt, beides â Schrauben und NĂ€hte, Ă€hnlich beansprucht werden können.
4. Ein speziell fĂŒr das Projekt gefertigtes Robotik-System wurde erschaffen, um die Integration von Sensoren zu gewĂ€hrleisten und, daher, die, durch das vor-Ort-ZusammenfĂŒgen vom flexiblen Material, entstandene KomplexitĂ€t zu bewĂ€ltigen. Die Sensoren, deren Bewertung einem Kommunikations-System in Echtzeit angereicht wurde, ermöglichen das Roboter-Sehvermögen. Dadurch kann er, mit der industriellen NĂ€hmaschine befestigt an seinem Arm, die vorher markierten Verbindungsstellen automatisch erkennen und zusammennĂ€hen. Gleichzeitig, BeschĂ€digung der Struktur, verursacht durch zu starkes Ziehen oder DrĂŒcken, ist wĂ€hrend der gesamten Herstellung beseitigt.
Die Forschung endet mit der Erschaffung eines innovativen Systems, dessen geometrische Erscheinung vom Arbeitsbereich und -logik der NĂ€hmaschine abgeleitet wird. Die Relevanz der Methode wurde durch die Herstellung einer elastisch geformten Holzschale bewiesen. Damit wird auch die Biegungseigenschaft des gewĂ€hlten Materials getestet und genutzt, um eine maximal groĂe FlĂ€che zu bedecken, und gleichzeitig, eine Menge an abgestufte Ăffnungen zu erschaffen.
(Man kann das aussagekrĂ€ftige Video ĂŒber das Herstellungsprozess auf Vimeo sehen: https://vimeo.com/204169163)
Holzschalen werde mit Roboter vor Ort zusammengenÀht.
Warum ist das Projekt besonders innovativ?
Neuartige dĂŒnne Holzschalen entstehen durch das Kombinieren von Robotik, computerbasiertem Entwerfen und Textildesigntechniken.
Projektbeschreibung:
âZusammengenĂ€hte Strukturenâ untersucht die Anwendung von Techniken aus dem Bereich der Robotik, sowie den Einbau von Sensoren in Zusammenhang mit Textildesign und IndustrienĂ€hen, um innovative Strategien fĂŒr die Herstellung von dĂŒnnen Holzschalen zu entdecken.
Die zugehörige Forschung bezieht sich auf traditionelle, jedoch heutzutage gebrauchte Kleidermuster und Verbindungstechniken, und wandelt die im Kontext von neuen Materialien um. Die Logik hinter der zweidimensionalen Textilmustertechnik, hĂ€ufig gebraucht in der Kleidermode, ist ĂŒbertragen auf gröĂeren MaĂstab durch die Anwendung von dĂŒnnen elastischen Sperrholzplatten. Die vorgeschlagene Verbindungsmethode ist ZusammennĂ€hen. Vergleichbar mit Holzverkleben, diese Technik bietet zusĂ€tzlich die Möglichkeit an, Verbindungen zu erschaffen, die auch auf Zug beansprucht werden können. Die NĂ€htechnik ermöglicht die Verbindung der zugeschnittenen zweidimensionalen Holzteile, die, gehalten durch die erzeugte elastische Biegung, eine dreidimensionale doppelt-gekrĂŒmmte Struktur formen.
Ein adaptives Fabrikationsprozess, basierend auf Menschen-Roboter Kollaboration, ermöglicht die Verwirklichung von gröĂeren Strukturen und, gleichzeitig, bekĂ€mpft die Schwierigkeiten erzeugt durch die komplizierte Geometrie der Teile und durch das Materialverhalten. Im Gegenteil zu wiederholbaren Manufakturprozessen, deren Automatisierung auf der AusfĂŒhrung von vorgegebenen und komplett definierten Schritten beruht, verwendet das Projekt âZusammengenĂ€hte Strukturenâ eine Sensortechnik, um auf das Materialverhalten der Struktur wĂ€hrend der Robotik-Fabrikation reagieren zu können. Dabei wird die Struktur mehrmals wĂ€hrend ihrer Herstellung gescannt. Die Lage der NĂ€hverbindungen zwischen den einzelnen Holzteilen ist vorher markiert, so dass ihre Position im Raum durch die Sensoren in Echtzeit erkannt werden kann und der Roboter in die richtige Stelle gefahren wird. Dadurch werden die Holzteile nacheinander zusammengefĂŒgt und dauerhaft mit NĂ€hten gebunden. Ein spezifisch dafĂŒr programmiertes Entwurfswerkzeug wurde entwickelt, um gleichzeitig Parameter ĂŒber die Materialeigenschaften, die Robotik-Fabrikation und die Assemblierungslogik der porösen, welligen Gewölbe mit einzubeziehen. Das Zusammenspiel von MaterialitĂ€t und Materialisierung fĂŒhrt zur Herstellung einer zusammengenĂ€hten Holzschale, die das VerstĂ€ndnis ĂŒber die Eigenschaften vom uralten Baumaterial Holz erweitert und einen neuen gewebeartigen und rĂ€umlichen Ausdruck entfaltet.
Das Projekt kann in vier zusammenhÀngenden Teilen gegliedert werden:
(1) Die Ăbertragung von Textilmustertechniken, hĂ€ufig gebraucht in der Kleidermode, in Entwurf- und Produktionslogik von flexiblen 3 mm dĂŒnnen Sperrholzsegmenten;
(2) Die Eigenschaft der einzelnen Elementen sich elastisch zu biegen und, wenn zusammengebunden, eine stabile Konstruktion zu bilden;
(3) Die Anwendung von NĂ€hen als innovative Verbindungstechnik fĂŒr dĂŒnne Materialien;
(4) Die Integration von NĂ€hen in ein automatisiertes und adaptives Robotik-Herstellungsprozess. Realisierbar durch die Anwendung von Sensoren, das Prozess ermöglicht die Erstellung von dreidimensional gekrĂŒmmten architektonischen Strukturen.
1. Die ElastizitĂ€t der dĂŒnnen Sperrholzplatten erlaubt die Erforschung von Musterdesignstrategien, bekannt im Bereich der Textilmaterialien. Holz ist ein Anisotrop- und Naturfaserverbundwerkstoff - die dĂŒnnen Sperrholzplatten bestehen aus gestapeltem SchĂ€lfurnier und verhalten sich, deswegen, eher als dreidimensionales Textilgewebe. Abgesehen vom offensichtlichen Unterschied zwischen den Materialeigenschaften des Textilgewebes und des Sperrholzes, die gröĂere Steifigkeit des Sperrholzes fĂŒhrt zu generellem Ăberdenken der Anwendung von Textilmustertechniken als Entwurfsmethode.
2. Buche ist eine der flexibelsten Holzarten mit einem maximalen KrĂŒmmungsradius von 370 mm. Es ist zusammengestellt aus drei Schichten 3 mm dickes Sperrholz, was ideal fĂŒr das Biegen und das ZusammennĂ€hen ist. Eine empirische Testmethode wurde ermittelt, um die mathematische Beziehung zwischen den Abmessungen der einzelnen Segmente und deren maximalen Biegung, bevor sie Versagen, abzuleiten. Eine abgeleitete Gleichung wurde benutzt, um die maximale Biegungsleistung der einzelnen Holzteile zu berechnen.
3. Belastungsteste wurde durchgefĂŒhrt um die Eigenschaften der Naht als Verbindungsmittel zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass, wenn schlau verteilt, beides â Schrauben und NĂ€hte, Ă€hnlich beansprucht werden können.
4. Ein speziell fĂŒr das Projekt gefertigtes Robotik-System wurde erschaffen, um die Integration von Sensoren zu gewĂ€hrleisten und, daher, die, durch das vor-Ort-ZusammenfĂŒgen vom flexiblen Material, entstandene KomplexitĂ€t zu bewĂ€ltigen. Die Sensoren, deren Bewertung einem Kommunikations-System in Echtzeit angereicht wurde, ermöglichen das Roboter-Sehvermögen. Dadurch kann er, mit der industriellen NĂ€hmaschine befestigt an seinem Arm, die vorher markierten Verbindungsstellen automatisch erkennen und zusammennĂ€hen. Gleichzeitig, BeschĂ€digung der Struktur, verursacht durch zu starkes Ziehen oder DrĂŒcken, ist wĂ€hrend der gesamten Herstellung beseitigt.
Die Forschung endet mit der Erschaffung eines innovativen Systems, dessen geometrische Erscheinung vom Arbeitsbereich und -logik der NĂ€hmaschine abgeleitet wird. Die Relevanz der Methode wurde durch die Herstellung einer elastisch geformten Holzschale bewiesen. Damit wird auch die Biegungseigenschaft des gewĂ€hlten Materials getestet und genutzt, um eine maximal groĂe FlĂ€che zu bedecken, und gleichzeitig, eine Menge an abgestufte Ăffnungen zu erschaffen.
(Man kann das aussagekrĂ€ftige Video ĂŒber das Herstellungsprozess auf Vimeo sehen: https://vimeo.com/204169163)
©Martin Emilio Alvarez, Erik Eugenio Alvarez
©Martin Emilio Alvarez, Erik Eugenio Alvarez
©Martin Emilio Alvarez, Erik Eugenio Alvarez
©Martin Emilio Alvarez, Erik Eugenio Alvarez
©Martin Emilio Alvarez, Erik Eugenio Alvarez
©Martin Emilio Alvarez, Erik Eugenio Alvarez
©Martin Emilio Alvarez, Erik Eugenio Alvarez