3D gedruckte kinematische Architektur am Kirchenplatz (Kinematische Soft Robotik)

Abstract

Die Nachfrage nach neuen Materialien, innovativen Technologien und flexiblen Raumlösungen in der Architektur wird von immer größerer Bedeutung. Die Anforderungen wie Mangel an Rohstoffverfügbarkeit, Nachhaltigkeit oder Versiegelung von Flächen sollen durch neue architektonische Lösungen bewältigt werden. Untersucht wurde die Idee eine zweidimensionale Pneustruktur mittels Luft so zu verformen, sodass unterschiedlicher dreidimensionaler Raum entsteht. Es wurde eine Tragstruktur entwickelt, welche aus 3D-gedruckten Elementen besteht. Ziel war es eine Art Kunstinstallation zu entwickeln, die adaptierbar, flexibel und temporär ist. Diese Installation sollte mittels Luft veränderbar sein und sich somit je nach Benutzung anpassen können. Thermoplastisches Polyurethan (TPU) wurde mit anderen Materialien verglichen und für die Konstruktion ausgewählt, da dieses flexibel, wasserdicht und luftdicht ist. Als Fertigungsverfahren der TPU-Konstruktion wurde der 3D-Druck gewählt, mit dem es möglich ist, schnell und präzise Bauelemente im Schichtverfahren herzustellen. Es wurde ein kinematisches Bauelement erforscht und entwickelt, welches sich durch Luftzufuhr verformt. Das fertige Element besteht aus mehreren runden Kissen, die mit einer Luftkammer im Inneren der Konstruktion verbunden sind. Am Anfang und am Ende eines solchen Elements dienen wassergefüllte Kissen als Fundament, da sie durch den schnellen Auf- und Abbau eine hohe Flexibilität gewährleisten.[1] Die Arbeit baute auf zwei eigenen Projekten aus vorhergegangenen Lehrveranstaltungen auf, welche maßgebend für die Idee der Diplomarbeitsthematik waren. Zum einen das Master-Entwerfen reaktive Architektur (253.F56), zum anderen das Modul Experimenteller Hochbau (253.128). Als Basis des Forschungsprojektes diente die Publikation High-Force Soft Printable Pneumatics for Soft Robotic Applications von Hong Kai Yap und Raye Chen-Hua Yeow, sowie die PneuNets Bending Actuators der Whitesides Research Group der Universität von Harvard. Modelliert, designed wurde unter zu Hilfenahme des Soft Robotic Tool Kits.[2] [3] [4] Folgende Forschungsfrage wurde untersucht: Die Idee eine zweidimensionale, flächige Pneustruktur mittels Luft so zu krümmen bzw. zu falten, sodass unterschiedlich großer Raum generiert wird. Faltmethoden des Origami werden dem Prinzip der Soft Robotics gegenübergesetzt und verglichen, sowie versucht zu kombinieren. Als Methodik gilt die Kinematische Soft Robotik.

The demand for new materials, innovative technologies and flexible space solutions in architecture is becoming increasingly more important. The challenges such as the shortage of the availability of raw materials, sustainability or the sealing of surfaces are to be handled by new architectural solutions.The idea of using air to deform a two-dimensional pneu structure in such a way that different three-dimensional spaces are created was researched. A supporting structure was developed, which consists of 3D-printed elements. The goal was to develop an art installation that is adaptable, flexible and temporary. This installation should be changeable by means of air and thus be able to adapt to the user. Thermoplastic polyurethane (TPU) was compared with other materials and chosen for the construction because of its flexible, waterproof and airtight properties. 3D-printing was chosen as the manufacturing process for the TPU construction, which makes it possible to quickly and accurately produce structural elements using a layering process. A kinematic module was researched and developed, which deforms when air is added. The finished element consists of several round cushions connected to an air chamber inside the structure. At the beginning and at the end of such an element, water-filled cushions serve as a base, as they guarantee high flexibility due to the quick assembly and disassembly.[1]This thesis was based on two projects from previous courses, which were decisive for the idea of the thesis topic, the Master reaktive Architektur (253.F56) and the Module Experimenteller Hochbau (253.128). The research project was based on the publication High-Force Soft Printable Pneumatics for Soft Robotic Applications by Hong Kai Yap and Raye Chen-Hua Yeow, as well as the PneuNets Bending Actuators from the Whitesides Research Group at the University of Harvard and the website Soft Robotics Toolkit.[2] [3] [4]The following question was researched:The idea is to bend or fold a two-dimensional, flat pneu structure by adding air in such a way that space of different sizes is generated. The folding principles of origami are contrasted and compared to the principle of soft robotics, as well as attempted to combine them. The used methodology is kinematic soft robotics.