exp.wiki NEU
WICHTIG: Das exp.wiki wurde aktualisiert und ist ab sofort unter einer neuen Adresse zu erreichen: https://exparch-www.uibk.ac.at/testwiki
Bitte das Anlegen neuer Seiten oder die Änderungen bestehender ab sofort ausschließlich dort durchführen.
Bestehende Projektseiten wurden/werden migriert und sind auch auf der neuen Plattform vorhanden.

Generative Fertigungsverfahren

Aus exp.wiki

Wechseln zu: Navigation, Suche

In diesem Artikel finden sich Informationen über Generative Fertigungsverfahren, im Besonderen Informationen über den Begriff Rapid Prototyping und die verschiedenen Verfahren, die sich diesem Begriff unterordnen. Diese Techniken werden beschrieben und auf ihre Anwendungsbereiche analysiert.

Da diese Techniken – besonders in den letzten Jahren – in der Architektur adaptiert wurden, werden weiters einige ausgewählte Beispiele aus der Architektur angeführt, wo bestimmte Verfahren angewendet wurden, sowie Beispiele beschrieben, bei denen die Anwendung bestimmter Fertigungsverfahren ausschlaggebend für die Form und Konstruktion der Gebäude waren.

Außerdem lässt sich eine kurze Beschreibung von Materialien finden, mit denen aufgrund ihrer guten, für die Verfahren förderlichen Eigenschaften hauptsächlich gearbeitet wird.


Inhaltsverzeichnis

Begriffserklärungen

Bei generativen Fertigungsverfahren erfolgt die Herstellung von Modellen, Werkzeugen, Mustern und Prototypen mit Hilfe recheninterner Datenmodelle. Es handelt sich hierbei um ein umformendes Verfahren, wofür keine speziellen Werkzeuge (z.B. Gussformen) notwendig sind, die die jeweilige Geometrie des Werkstücks gespeichert haben. Deshalb spielt es besonders auch im Bereich der zeitgenössischen Architektur bei der Herstellung von individuellen Bauteilen eine große Rolle und gewinnt durch neue Entwurfsmöglichkeiten zunehmend an Popularität.


Vor allem in den letzten Jahren wurden die Anwendungsgebiete für diese Fertigungsverfahren, die sich am Anfang auf das Herstellen von Modellen und Prototypen konzentrierten, auf weitere Felder ausgedehnt. Dazu zählen:

  • Rapid Manufacturing
  • Rapid Prototyping
  • Rapid Tooling
  • Concept Modeling


Rapid Manufacturing

Mit dem Begriff Rapid Manufacturing (dts. Schnelle Fertigung) wird ein innovatives Fertigungsverfahren bezeichnet, das in industriellen Prozessketten verwendet wird und weitreichende Möglichkeiten zur Neugestaltung und Optimierung von Produkten und Fertigungsprozessen bietet.

Wichtig ist, dass die Herstellung des Produkts ohne eine äußere Einwirkung zwischen dem CAD- und dem Rapid Manufacturing-System erfolgt. Das Produktionsverfahren ermöglicht eine schnelle und flexible Herstellung von Bauteilen und Serien mittels werkzeugloser Fertigung direkt aus den CAD-Daten. Hierbei wird das Produkt bereits im virtuellen Stadium am Computer simuliert und noch vor der Fertigung analysiert und optimiert. Daraus ergeben sich große Vorteile, Material effektiv sparend und Abfall vermeidend einzusetzen. Außerdem können die Produkte nicht nur sehr schnell entwickelt, sondern mit Hilfe des generativen Fertigungsverfahrens auch kostengünstig produziert werden.

Anwendung findet das Rapid Manufacturing schon seit 1996 im Bereich der Herstellung von Mikrobauteilen und Systemen vor allem im Bereich der Biotechnik, Dentalmedizin und Hörgerätetechnik.


Rapid Prototyping

Rapid Prototyping stellt ein generatives Fertigungsverfahren dar, welches Produkte auf Basis von 3d-CAD-Modellen herstellt, weshalb auch Produkte mit komplexer Geometrie und Struktur realisierbar sind. Dabei kann besonders kosten- und zeitsparend gearbeitet werden. Außerdem können Abstimmungsfehler wie bei einer verteilten Produktentwicklung gesenkt und vermieden werden.

Es gibt sehr viele verschiedene Möglichkeiten, Produkte auf direktem Weg herzustellen. In diesem Bereich werden zur Zeit ständig neue und verbesserte Verfahren entwickelt. Beipiele dafür sind

  • Laminated Object Modeling
  • 3D Printing
  • Kaltgasspritzen


Stereolithografie

Stereolithografie Werkstück
Verfahren Stereolithografie

Die Modelle, die mit dem Verfahren der Stereolithografie gefertigt werden, zeichnen sich besonders für ihre Modellgenauigkeit, Detailtreue und gute Oberflächenbeschaffenheit aus. Bei der Stereolithografie wird das Modell direkt aus 3D-CAD-Daten mittels eines UV-Laserstrahls aus einem photoempfindlichem transparentem Harz hergestellt, das schichtweise aushärtet.

Dabei werden folgende Prozessschritte durchlaufen:

  1. Aufbereitung der dreidimensionalen CAD-Daten
  2. Platzieren der CAD-Objekte im Bauraum
  3. Schneiden der Daten in Schichten
  4. Generieren einer Stützkonstruktion
  5. Datenübertragung auf den Prozessrechner der MikroSL-Maschine
  6. Berechnung der Vektordaten für Kontur und Hatch
  7. Auftragen einer dünnen Schicht des Photopolymers (Recoating)
  8. Selektive, schichtweise Belichtung der Harz-Oberfläche durch den Laser-Scanner
  9. Absenken der Bauplattform
  10. Finishing des Stereolithographie-Bauteils, Nachhärten, Stützkonstruktion entfernen
  11. Nach Beendigung des Bauvorganges wird das Supportmaterial im Wasserbad ausgewaschen und mit UV-Licht nachgehärtet


Das Verfahren der Stereolithografie wird vor allem für Design- und Funktionsmodelle aus Kunststoffen, für Modelle mit individueller Oberflächenveredelung (Lackieren, Beschriften, Polieren, Sandstrahlen, Bürsten usw.) oder für Modelle für den Vakuum- oder Sandguß verwendet.


Selektives Lasersintern

Werkstück Selektives Lasersintern
Selektives Lasersintern Verfahren

Das Selektive Lasersintern (SLS) stellt besonders flexible und formstabile Modelle her, im Vergleich zur Stereolithografie weisen die Teile aber eine schlechtere Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit im Bezug auf die Struktur auf.

Die Modelle werden aus Kunststoffpulver – wie Polyamid, Polystyrol, Keramikpulver oder Quarzsand – oder Metallpulver hergestellt. Bei beiden Werkstoffen wird das Pulver durch einen CO2-Laserstrahl schichtweise erhitzt und zusammen geschweißt. Man spricht hier auch vom Kunststoff-Lasersintern und Metall-Lasersintern. Auch beim Selektiven Lasersintern wird mit den Vorlagen der 3D-CAD-Modelle gearbeitet.

Die Anwendung des Verfahrens erfolgt vor allem bei Design- und Funktionsmodellen und erfüllt hohe Materialanforderungen was Temperatur-, mechanische und chemische Beständigkeit angeht. Dabei ist die Teilgröße nahezu unbegrenzt.


Fused Deposition Modeling

Werkstück Fused Deposition Modeling
Fused Deposition Modeling Verfahren

Dieses Verfahren ist dem Vorgang der Stereolithografie sehr ähnlich. Auch hier wir das Werkstück aus einem aushärtenden Kunststoff hergestellt.

Dies passiert auf Basis eines additiven Prinzips, in dem das Material schichtweise aufgetragen wird. Das Kunststoff- oder Wachsmaterial verflüssigt sich durch Erwärmung und wird mit einer Heizdüse, die sich gleichzeitig horizontal und vertikal bewegen lässt, aufgetragen. Beim anschließenden Abkühlen verfestigt sich das Material wieder und die einzelnen Schichten verbinden sich miteinander.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass bei auskragenden Teilen der Werkstücke oft Stützkonstruktionen benötigt werden.


Laminated Object Modelling

3D Printing

Kaltgasspritzen

Die oben angeführten Verfahren werden also heute besonders bei der parallelen Fertigung sehr kleiner Bauteile in größeren Stückzahlen oder bei der Einzelfertigung von Teilen mit einer hohen geometrischen Komplexität ökonomisch eingesetzt.


Rapid Tooling

Beim Rapid Tooling werden die neuen Technologien zur Herstellung von Werkzeugen verwendet. Die Produkte können so qualitativ hochwertig und günstig produziert werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Möglichkeit, Konstruktionsfehler zu verringern und neue Werkzeugkonstruktionen herzustellen.


  • SPM-Verfahren (Space Puzzle Molding-Verfahren)

Beim SPM-Verfahren werden Werkzeuge für den Kunststoffspritzguss konstruiert. Die Form wird in diesem Fall aus Aluminium gefertigt und besteht aus vielen kleineren Einzelteilen, die wie ein Puzzle zusammengesetzt werden. Die Entformung geschieht manuell, indem das Werkzeug per Hand zerlegt und das Formteil entnommen wird.

Die Vorteile dieses Verfahrens - Kostenersparnis und Flexibilität - ergeben sich in diesem Fall aus dem minimalen Werkzeugaufbau, dem Verzicht auf teure Kühlsysteme und komplizierte Schiebertechniken und Automatisierungen.

Die wirtschaftliche Losgröße der mit SPM hergestellten Formteile beginnt ab einem Stück bis hin zu 2.000 Formteilen. Größere Losgrößen bis zu 3.000 Exemplaren sind je nach Werkstoff in Einzelfällen möglich. Die Beschränkung der Bauteilgröße liegt bei 800 x 500 x 300 Millimeter und einem maximalen Bauteilgewicht von 2.000 Gramm.

Anwendungen in der Architektur

Die Entwicklung dieser und unzähliger anderer Verfahren ist also extrem enorm. Ermöglicht wurde das besonders durch die schnellen Fortschritte in der Technologie und Digitalisierung. Der Computer wird immer mehr zu einem Werkzeug, das fest in den Arbeitsablauf eines Architektur- oder Ingenieursbüros eingebunden wird. Der zunehmende Einsatz digitaler Techniken erleichtert die Arbeit im Entwurf und in der Planung.


In weiterer Folge sind besonders in den letzten Jahren Methoden entwickelt worden, mit denen sich auch die Fertigung von Modellen und Bauteilen größeren Maßstabs realisieren lassen. Es ist also erklärbar, dass diese Neuerungen in der Technik auch auf andere Bereiche überspringen. Ganz besonders deutlich wird das im Bereich der Architektur. So werden jetzt nicht mehr nur Anschauungsmodelle generiert und mit Maschinen gefertigt, die Entwicklung greift auch auf die Herstellung von Fassadenelementen und vieles mehr ein.


Es werden heute also auch schon vermehrt digitale Techniken in Entwurf, Planung und Fertigung angewendet, die die Fertigung von Bauteilen deutlich kostengünstiger und energiesparender ermöglichen und - was ganz wichtig ist - komplett neue Formen und Konstruktionen in der Architektur realisierbar machen. Komplexe dreidimensionale Formen und Muster, die früher nur im Kunsthandwerk erstellt wurden, können heute als serielle Maßanfertigung zu kalkulierbaren Kosten produziert werden.


CNC-Verfahren

In diesem Zusammenhang sind Werkzeugmaschinen, die komplexe Werkstücke mit hoher Qualität und Präzision herstellen können, sehr gefragt. Durch ihre moderne computerisierte Steuerungstechnik, Texturen nach der Vektorisierung - also die Erzeugung einer Liniengrafik aus einer Rastergrafik - in Werkstoffe zu übertragen, stellen sie mechanisch gesteuerte Maschinen in den Schatten.

CNC (Computerized Numerical Control), übersetzt „computerisierte numerische Steuerung“, ist eine elektronische Methode zur Steuerung und Regelung dieser Werkzeugmaschinen. Wurden früher die Maschinen mit bestimmten Datensätzen, also einer Abfolge von Zahlen und Buchstaben, programmiert, erfolgt die Programmierung heutzutage meist auf Grundlage von CAD-Daten.

In der Architektur werden besonders bestimmte Frästechniken für die Herstellung komplexer Form- und Schalungselemente verwendet. Bei CNC-Fräsen kontrolliert und steuert der Computer die Bewegungen und Abläufe in der Maschine. Eine bestimmte Software übersetzt dafür das digitale Modell in CNC-Anweisungen. Diese enthalten Befehle über Bewegung, Rotation der Spindel, Menge der Kühlflüssigkeit, Werkzeugwechsel und weitere operative Befehle. Dabei können bis zu 5-achsige Maschinen über eine Maschinensteuerung programmiert werden.


Verwendung von Materialien und ihre Eigenschaften

Metalle

Durch computergesteuerte Systeme (CNC) haben Metalle aufgrund ihrer Vielseitigkeit an Bedeutung gewonnen. Bei der Verwendung von vorgehängten Fassaden sind Metalle als Fassadenhülle sehr gefragt.

Besonders Frank O. Gehry machte Metall als Fassadenbekleidung in den 90er Jahren populär. Mit dem Bau des Guggenheim Bilbao aus Titanzinkblech unterstrich er die ästhetischen Eigenschaften des Materials und seine gute Verarbeitbarkeit und verdeutlichte gleichzeitig die nahezu grenzenlose Gestaltungsfreiheit von Metall als Vorhangfassade.

Unzählige Beispiele zeigen, dass Bleche unterschiedlichen Verwendungszwecken dienen können. Perforierte Bleche reduzieren den Wärmeeintrag, schützen vor zu hoher Sonneneinstrahlung und schaffen interessante Lichtsituationen und Durchsichten je nach Betrachtungswinkel.


Für die Bearbeitung von Blechen gibt es verschiedene Fertigungsverfahren:

Laserschneiden

Prinzip des Laserschneidens

Bei diesem thermischen Trennverfahren wird mittels eines Lasers plattenförmiges Material getrennt.

Das Laserschneiden setzt sich aus zwei Teilvorgängen zusammen, die gleichzeitig nebeneinander ablaufen. Während der Laserstrahl an der Schneidefront absorbiert wird und so die notwendige Energie zum Schneiden liefert, gibt eine Schneiddüse Prozessgas frei, das vor Dämpfen und Spritzern schützt und den abgetragenen Werkstoff aus der Schnittfuge entfernt, um diese nicht zu beschmutzen. Unterschiedliche Aggregatszustände des Fugenwerkstoffs können sich durch die im Wirkbereich erreichten Temperaturen und zugeführten Prozessgasart einstellen. Wird der Werkstoff als Flüssigkeit, Oxidationsprodukt oder Dampf aus der Schnittfuge entfernt, unterscheidet man in drei Varianten: dem Laserstrahlschmelzschneiden, dem Laserstrahlbrennschneiden oder dem Laserstrahlsublimierschneiden.

Für die Programmierung der zwei- oder dreidimensionalen Schneidkonturen werden überwiegend CAD/CAM-Systeme eingesetzt. Die Aufbereitung geometrischer Daten - Konturenerfassung, Schnittreihenfolge, Materialersparnis usw. - erfolgt aber auch oft direkt an der Maschinensteuerung.


Wasserstrahlschneiden

Wasserstrahlschneiden, Detail Parkdeck Sichtschutz München

Beim Wasserstrahlschneiden wird das zu bearbeitende Material mit Hilfe eines Hochdruckwasserstrahl getrennt, wobei der Strahl einen Druck von bis zu 6000 bar erreicht und die Austrittsgeschwindigkeiten bei bis zu 1000 m/s liegen. Das Schneidgut erwärmt sich dabei nur sehr gering.

Das Wasser muss hierfür nicht besonders aufbereitet werden. Außerdem ist das Schneidwasser durch den hohen Druck so gut wie keimfrei.

Mit dem Hochdruckwasserstrahlverfahren können fast alle Materialien bearbeitet werden, wobei das Verfahren in der Kunststoff-, Metall-, Leder- und der Steinbearbeitung am häufigsten zur Anwendung kommt. Besonders komplizierte Formen lassen sich mittels einer Schneidvektorsteuerung fast beliebig schneiden, was durch das Schwenken des Schneidkopfes (3D-Bearbeitung) realisierbar wird. Weitere Verfahren des Wasserstrahlschneidens sind das Reinwasserschneiden und das Abrasivschneiden. Wasserstrahlschneidanlagen werden durchgängig mit CNC-Steuerungen ausgerüstet und besitzen häufig auch eine CAM-Anbindung.


Streckmetall

Streckmetall, Detail Universitätskrankenhaus Innsbruck

Der Begriff Streckmetall oder auch Streckgitter bezeichnet ein Material mit Öffnungen in der Fläche, das in einem Arbeitsgang geschnitten wird und gleichzeitig eine streckende Verformung erfährt. Durch die versetzte Ausführung der Schnitte entsteht praktisch kein Materialverlust.

Die Maschen des gefertigten Materials sind meist rautenförmig, rund oder quadratisch und sind weder geflochten noch geschweißt. Das Material kann auf jedes beliebige Maß zugeschnitten werden, ohne seinen festen, inneren Zusammenhalt zu verlieren oder sich aufzulösen - es entsteht ein homogenes Netzwerk, das sich biegen, kanten, ziehen oder schweißen lässt.


Fräsen

Fräsen, Detail Johanniskirche in Saarbrücken

Fräsen bezeichnet das spanabhebende Bearbeiten mittel eines Fräswerkzeugs. Die nötige Schnittbewegung wird durch Rotation des Schneidewerkzeugs gegenüber dem fest im Maschinentisch eingespannten Werkstück erzeugt. Durch 3D-Fräsen können komplizierte, dreidimensionale Konturen erzeugt werden.


Prägung

Prägen und Stanzen, Detail deYoung Museum

Beim Prägen wird das Metallblech über eine vorgegebene Form gepresst, wodurch ein Abdruck im Werkstück entsteht. Je nach Menge und Abständen der Prägungen im Blech formen sich Muster, die dem Metall einen eigenen Charakter verleihen.


Stanzen (Nibbeln)

Das Nibbeln wird als Fertigungsverfahren zum Ausschneiden von Blechwerkstücken bezeichnet. Durch den CNC-gesteuerten Einsatz entstehen komplexe Formen.


Lochung

Beispiel für ein Lochblech

Lochblech

[Lochblech]


Glas

Gieß-, Sieb- oder Walzdruckverfahren

Glasfassade im Siebdruckverfahren

Durch diese Verfahren lassen sich der Auftrag von Farbschichten oder Bedruckungen einfach realisieren und Glasoberflächen durch Dekorvorlagen oder Siebdruckschablonen individuell gestalten. Dafür werden komplexe Motive und Bilder auf Grundlage digitaler Daten mit dem CTS-Verfahren (Computer to Screen) erstellt. Die aufgebrachte Schicht wird beim Herstellungsprozess des Glases dann auf die Oberfläche eingebrannt oder gepresst.


Mattieren und Sandstrahlen

Glasfassade im Sandstrahlverfahren

Dadurch kann die Oberflächengestalt des Glases verändert werden. Die Scheibenoberfläche wird dabei aufgeraut, wodurch das Glas zwar undurchsichtig wird und einen Teil seiner Biegefestigkeit verliert, seine Tranzluzenz aber beibehält.


Glasbiegung

Glasbiegung

Die zwei- und besonders die dreidimensionale Biegung von Glas stellt eine sehr schwierige Arbeit dar. Die Anwendung der CAD-Technik wird in diesem Bereich noch für die Negativformen der Glaselemente (siehe Hungerburgbahn, Innsbruck) verwendet. Die Herstellung der Formen erfolgt über computerisierte Maschinen, mit denen das Glas in höchster Präzision und mit großer Sorgfalt in einem langwierigen Prozess geformt werden. Dabei ist immer darauf zu achten, dass die Qualität des Glases bei diesem Vorgang gleich bleibt.


Wasserstrahlverfahren

Wasserstrahlverfahren

Das Wasserstrahl- und Diamantbohrverfahren sind besonders gängigen Methoden zur Herstellung von Bohrungen in Glas, die computergesteuert mit einer hohen Präzision im CNC-Verfahren ausgeführt werden können. Da im konstruktiven Glasbau Scheiben häufig über Bohrungen innerhalb der Glasfläche befestigt befestigt werden, muss besonders hier auf Exaktheit und Genauigkeit geachtet werden. Aufgrund der hohen lokalen Beanspruchung dürfen diese punktförmigen Lagerungen nur mit thermisch vorgespannten Scheiben (ESG, TVG) ausgeführt werden. Das Bohren der Scheiben erfolgt, bevor die Scheiben zu thermisch vorgespanntem Glas weiterverarbeitet werden.

Das Wasserstrahlverfahren oder das neuere Verfahren der Laser-Glasschneidetechnologie stellen außerdem Möglichkeiten dar, Glasflächen sauber und mit hoher Präzision zu schneiden.


Holz

Holzzuschnitte in Plattenform können mit Hilfe der CNC-Technologie vor dem Einbau maschinell bearbeitet werden. Hier sind strukturelle Perforationen ebenso herstellbar wie Reliefs, wobei deren Oberflächenwirkung abhängig von der Tiefe und folglich der Materialstärke der Holzwerkstoffplatten ist. Besonders von Bedeutung sind auch bestimmte Holzbearbeitungstechniken bei der Schalung von Betonoberflächen.


Beton

Die Oberflächengestaltungsmöglichkeiten beim Sichtbeton lassen sich in zwei grundsätzliche Kategorien einteilen: Einerseits können über die Schalung Texturen abgedruckt werden. So kommen generative Fertigungsverfahren besonders bei der Herstellung der Negativform zum Einsatz, wodurch auch eigenwillige komplexe Formen von Betonwänden zustande kommen können. Gleichzeitig bietet die nachträgliche Bearbeitung der Oberfläche Möglichkeiten, die Materialanmutung des Werkstoffs zu verändern.


Schalung

Die Schalungen, die beim Gießen des Betons verwendet werden, können als Träger von Texturen und Ornamenten dienen. Diese können sich dann auf der fertigen Oberfläche des Betons abzeichnen und scheinbar zufällige Formen und Texturen hinterlassen. Schalungen können aber auch eigenwillige organische Formen annehmen, wobei hier bei der Herstellung besondere Vorsicht geboten ist.


Fotobeton

Fotobeton Detail Bibliothek Eberswald

Beim Fotobeton werden Kontrastbereiche eines Fotos in Auswaschtiefen übersetzt. Ein spezieller Oberflächenverzögerer auf einer Trägerfolie, der überbetoniert wird, ist dann dafür verantwortlich, dass die Betonelemente bei der Auswaschung unterschiedliche Tiefen in der Oberfläche und dadurch verschiedene Grautonabstufungen erhalten.


Fotogravurbeton

Beispiel für Fassade aus Fotogravurbeton

Mit Hilfe einer computerunterstützten Technik lassen sich großformatige Fotooberflächen über die Schalung des Betons einarbeiten. Fotogravurbeton basiert auf einer digitalen Rasterbildvorlage, die mit Hilfe des Vectogramm-Verfahrens in unterschiedliche Vektoren umgewandelt und als digitales Muster mittels CNC-Technik auf einen Plattenwerkstoff übertragen wird. Die Technik erzeugt eine differenzierbare Oberflächenwirkung: Die Steuerung des Fräskopfes über eine Hauptbewegungsachse bewirkt die Rillenoptik des Werkstücks. Nach der Schalung ist im Beton aus der Nähe eine unregelmäßige Struktur aus Graten zu erkennen. Aus der Entfernung fügt sich dann das Bild durch die Licht-Schatten-Wirkung zusammen. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig, denn nahezu sämtliche Bildvorlagen, die in den gängigen Grafikformaten vorliegen, können verwendet werden.


Reliefbeton

Beispiel für Fassade aus Reliefbeton

Der Reliefbeton stellt eine ähnliche Technik wie der Fotogravurbeton dar, wobei die Schalungsmatrizen, die auf CAD-Daten aufbauen, aus Kunststoff oder Latex estehen. Aus dieser wird eine Negativform gegossen, die auf Schalungsplatten geklebt bis zu 100 mal eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zu Schalungsplatten aus Holz sind bei Kunststoffmatrizen größere Relieftiefen herstellbar.


Mauerwerk

Wandansicht Weingut Fläsch
Positionierung mit Robotern, Detail Weingut Fläsch

Neue Fortschritte haben sich auch im Bereich der digitalen Fabrikation von Mauertafeln ergeben. In den letzten Jahren haben sich unzählige Firmen mit der computergesteuerten Herstellung von Mauerteilen beschäftigt. Eine Auswahl verschiedener entwickelter Verfahren findest du auf der Seite Digitale Fabrikation am Beispiel Mauerwerk.


Beispiele in der zeitgenössischen Architektur

Zaha Hadid

Chanel Pavillon

Chanel Pavillon


Hungerburgbahn

Hungerburgbahn neu, Zaha Hadid

Die Planungsdaten für die 1100 Glaspaneele der Hungerburgbahn wurden aus digitalen 3d-Modellen gewonnen und direkt in die Fertigung bzw. Montage integriert. Sie wurden von der Schweizer Firma Bach Heiden AG mit Unterstützung der Firma DesigntoProduction und dem Ingenieurbüro Bollinger + Grohmann Ingenieure hergestellt. Die Paneele sind zweisinnig gekrümmt und wurden jeweils durch eine eigene Negativform aus gebogenen Stahlrohren hergestellt. Eine Stahlkonstruktion bildet die tragende Struktur.

Aufgrund der konsequenten Verwendung moderner Fertigungstechnologien in Verbindung mit digitalen und adaptierten Planungsmethoden war die effiziente Realisierung des Bauwerks aus maßgefertigten Unikaten möglich.

Die einzeln angefertigten Scheiben aus einfachem Floatglas mit opaker PE-Beschichtung betragen zwischen 0,8 und 4,5 m², die Glasdicken zwischen 8 und 12 mm.

Jedes Glaselement hat seine eigene CAD-Datei, kann also ganz einfach nachproduziert werden.


Frank O. Gehry

Neuer Zollhof Düsseldorf

Zollhof Düsseldorf, Frank O.Gehry

Hier ist es erstmals gelungen, stark gekrümmte Freiformflächen unmittelbar in Fertigbauteilen nachzubilden.

Damit wurde ein kostengünstiges Verfahren gefunden, mit dem komplexe Entwürfe problemlos umgesetzt werden können. Das Programm CATIA, eine Software aus dem Automobil- und Flugzeugbau, erlaubt es, die Modelle Gehrys mit dem Computer darzustellen. Damit lassen sich die einzelnen Wände und ihre Negativform berechnen.

Diese generierte Schalform wird mit einer computergesteuerten Fräse aus einem Styroporblock herausgeschnitten und anschließend mit Beton ausgegossen. So entstehen individuelle Wandplatten mit schräger und zugleich runder Form, die zum Bauplatz transportiert und dort an der vorgesehenen Stelle montiert werden.

Dieses Verfahren ermöglicht also neue Wege, Bauten unabhängig von ihrer Gestalt im Fertigbau zu realisieren.

Im Jahr 2003 geht sein Büro FOG/A eine Partnerschaft mit der Herstellerfirma Dassault Systèmes ein.


Niederländische Botschaft Prag

National Netherlanden Gebäude, 1996, Prag, Frank O.Gehry

Die irregulär zugeschnittenen Glaspaneele wurden mit Hilfe von gesteuerten Wasserstrahlschneidemaschinen einzeln je nach CAD-Vorlage gefertigt.


Guggenheim Museum Bilbao

Guggenheim Bilbao

Guggenheim Museum Bilbao, 1997, Bilbao, Frank O.Gehry



weitere Entwicklung

Die Entwicklung solcher generativen Fertigungsprozesse verläuft unglaublich schnell. Es werden laufend neue Verfahren und Methoden entwickelt, Produkte mit besonders schwierigen Geometrien mit Hilfe von CAD- Daten in nur einem Schritt in Serie zu produzieren. Eine neue Möglichkeit in diesem Bereich ist das Verfahren des

Contour Crafting

Dieses neue Verfahren wird derzeit angestrengt getestet. Das Contour Crafting stellt ein Bauverfahren zur Errichtung von ganzen Gebäuden auf der Basis von CAD-Daten dar.

Der Beton-Roboter benötigt Baupläne, Strom und einen konstanten Zufluss von halbflüssigem Baumaterial - Beton oder Lehm. Mit Hilfe einer computergesteuerten Spritzdüse werden dünne Spuren von Beton auf den Untergrund gelegt, die von zwei seitlich angebrachten Kellen in ihre endgültige Form gebracht werden. Er kann auch hohle Wände konstruieren, die er dann mit Beton auffüllt. Dadurch soll es auch möglich sein, ungewöhnliche Wände und Kuppeln zu verwirklichen.

In Testläufen hat das Contour Crafting zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.

Der Prototyp des Geräts arbeitet aus der Luft, indem er von einer Kranbrücke über dem Bauplatz gehalten wird. Laut Erfinder sind theoretisch auch Bauroboter auf Schienen möglich.


Quellen

http://de.wikipedia.org/wiki/Rapid_Manufacturing

http://www.promod-technologie.de/.html?/

http://en.wikipedia.org/wiki/Fused_deposition_modeling

http://de.wikipedia.org/wiki/Space_Puzzle_Molding

Detail. Zeitschrift für Architektur und Baudetail. Ausgabe 10, Serie 2008;


Links

http://de.wikipedia.org/wiki/Rapid_Manufacturing

http://www.rapiman.net/index.php?pid=26

http://de.wikipedia.org/wiki/Contour_Crafting

http://www.isi.edu/CRAFT/CC/modem.html

http://rpd.ipa.fhg.de/rapid/index.php

http://www.nextroom.at/building_article.php?building_id=1893

http://www.cenitdesktop.com/case_studies/frank_o.htm

http://www.beton.org/no_cache/service/news.html?a=3187

http://www.reckli.de/start_d.htm

CAD/CAM

Standardisierung

http://www.sichtbeton-forum.de/


Literatur

Generative Fertigungsverfahren, Andreas Gebhardt, 2007, Hanser Fachbuch, ISBN 978-3446212428

Field-Programmable Gate Arrays: Architectures and Tools for Rapid Prototyping. Second International Workshop on Field-Programmable Logic and Applications, ... Papers (Texts and Monographs in Physics), Herbert Grünbacher und Reiner W. Hartenstein, 2007, Springer Berlin, ISBN 978-3540570912

Gebäudehüllen - Konzepte, Schichten, Materialien, Christian Schittich, 2001, Birkhäuser Edition Detail, ISBN 3-7643-6464-5

Gebäudehüllen, 2. erweiterte Auflage, 2006, Christian Schittich, Birkhäuser Verlag, ISBN 978-3-7643-7633-8

Computergestützte Bauplanung, Horst Kretzschmar u.a., 1994, Verlag für Bauwesen, Berlin, ISBN 3-345-00563-8

Die CA…-Techniken in der industriellen Praxis. Handbuch der computergestützten Ingenieur-Methoden, Olaf Abeln, 1990, Carl Hanser Verlag München Wien, ISBN 3-446-15791-3

Arch+, Zeitschrift für Architektur und Städtebau, Form follows Performance. Zur Wechselwirkung von Material, Struktur, Umwelt, Juli 2008, Nr. 188

Persönliche Werkzeuge