Fluid Forms veranschaulicht Anwendungsmöglichkeiten der additiven Roboterfertigung
Roboterarme im 3D-Druck ermöglichen eine effiziente Produktion und eine äußerst flexible Handhabung. Dadurch können komplexe Drucke umgesetzt werden, was der Designfreiheit zugutekommt. Robotersysteme werden zunehmend in Projekten eingesetzt – in der Architektur, der Mode und Kunst – was in mehr und mehr Ergebnissen zu ihren möglichen Einsatzgebieten führt. In den nächsten Jahren wird das Anwendungsspektrum von Robotersystemen im 3D-Druck weiter zunehmen. Laut Prognosen von Research and Markets wird der Markt für 3D-Druckroboter bis 2028 voraussichtlich auf 3,2 Milliarden USD ansteigen und sich so von 2023 bis 2028 verdoppeln. Auch Forscher der ETH Zürich beschäftigen sich mit der Erforschung des Potentials von Robotern im 3D-Druck. Im Rahmen des „Fluid Forms“-Projekts erforschten Ionna Mitropoulou und Benjamin Dillenburger der Abteilung „Ditgitale Gebäudetechnologien“ die Möglichkeiten der Roboterfertigung und wie der 3D-Druck durch neue Technologien effizienter gestaltet werden kann.
Fluid Forms ist eine Struktur mit 3D-gedruckter Schale aus transluzentem PETG mit blauen und silbernen Farbelementen. Die Struktur wiegt insgesamt 120 kg, bei einer Höhe von 2 m und einer Breite von 1,4 m. Fluid Forms besteht aus 40 gedruckten Einzelteilen, die mit Schrauben zusammengehalten werden. Durch das Trockenmontageverfahren des Prototyps kann die Struktur nach ihrer Lebensdauer leicht abmontiert werden, was auch das Recycling begünstigt. Das Design wurde von der Costa Minimalfläche inspiriert. Diese Form zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Fläche für eine gegebene Begrenzung minimiert. Das äußert sich in einer Geometrie mit einzigartigen strukturellen Eigenschaften. Die Umsetzung dieser Form gelang durch den nicht-planaren 3D-Druck mit Roboterarmen. Dieses Verfahren ermöglicht einen effizienten Druck von doppelt gekrümmten, dünnen Schalen.
Bild: Ioanna Mitropoulou / Andrei Jipa
Die Roboterarme folgen für den Druck einem zuvor festgelegten Pfad. Dieser konnte durch die Vektorfeld-Optimierung auf die Anforderungen und Limits des nicht-planaren 3D-Drucks festgelegt werden. Der Pfad richtet sich auch nach den Hauptkrümmungsrichtungen, wodurch sich der Bedarf an Stützstrukturen und letztendlich an Material minimiert. Durch die agilen Bewegungen der Roboterarme ist es möglich, diese nicht-planaren Bahnen zu erstellen und umzusetzen. Das resultiert auch in einer verbesserten Struktur und Ästhetik.
Der Druckprozess für Fluid Forms nahm drei Wochen in Anspruch, bei 140 Stunden maschineller Bearbeitungszeit. Den Forschern gelang es durch das Projekt, interessante Erkenntnisse zur Roboterfertigung zu gewinnen und deren Zukunftspotential zu verdeutlichen. Der Druckprozess mithilfe der Algorithmus-gesteuerten Robotersysteme ist insgesamt effizienter und das Ergebnis zeugt von einer ansprechenden Oberflächenqualität. Durch den 3D-Druck mit Roboterarmen ist es außerdem möglich, die Grenzen zwischen Innen und Außen zu verwischen. Wenn man um die Struktur herumgeht, entdeckt man so transparente, feine Flächen, aber auch undurchsichtige Begrenzungen. Das soll neue Möglichkeiten für die Architektur der Zukunft aufzeigen. Mehr zu Fluid Forms finden Sie HIER.
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*Titelbildnachweis: Andrei Jipa
