Создание плавных фигур двойной кривизны с помощью неплоской 3D-печати
Как метод аддитивного производства, 3D-печать характеризуется созданием объектов путем горизонтального осаждения материала, слой за слоем. Тем не менее, это по-прежнему ограничивает производство элементов и ограничивает форму ранних прототипов диапазоном, позволяющим добавлять материал в одном направлении, что затрудняет создание сложных форм с плавными кривыми.
Однако команда кафедры цифровых строительных технологий в ETH Zurich, объединяющая вычислительное проектирование, цифровое производство и новые материалы, изучает инновационную непланарную роботизированную систему аддитивного производства. Этот метод облегчает печать тонких конструкций двойной кривизны, значительно расширяя возможности их применения в архитектуре в более широком масштабе.
Чтобы проверить успех неплоской роботизированной 3D-печати, команда создала «Fluid Forms» — красивую оболочку высотой 2 метра и шириной 140 см, состоящую из полупрозрачного пластика PETG, смешанного с синими и серебристыми тонами. В течение почти трехнедельного производственного процесса роботизированная рука ловко следовала неплоским траекториям печати, создавая дизайн, вдохновленный минимальной поверхностью Косты. Это семейство форм минимизирует площадь заданной границы, в результате чего получается геометрия с заметными структурными свойствами. Затем прототип был дополнен траекториями печати, совмещенными с его основными направлениями кривизны.
Каковы преимущества этой технологии? Помимо снижения потребности в вспомогательной поддержке и повышения экономии материалов, неплоская 3D-печать повышает точность и качество поверхности в областях с высокой кривизной.
Как поясняет команда, «ориентация траектории печати контролируется с помощью метода оптимизации векторного поля, который был точно настроен с учетом конкретных потребностей и ограничений неплоской 3D-печати. Чтобы повысить жесткость конструкции, вводятся волнистости, которые ортогональны направлению печати». Конструкция, состоящая из 40 частей и весом 120 кг, была собрана сухим методом с использованием винтов, чтобы облегчить ее разборку и повторное использование частей после окончания срока службы проекта.
Эти достижения не только максимизируют гибкость роботизированного производства для достижения большей производительности и эффективности, но также более явно раскрывают логику геометрии, которая поддерживает конечный элемент, раскрывая скрытый слой информации. «Форма позволяет удивительным образом заглянуть во время прогулки, иногда играя роль непрозрачной границы, а иногда прозрачного занавеса. Благодаря этому она предлагает взгляд на архитектуру, которая стирает границы между внутренним и внешним и наполнена красок и сюрпризов», — добавляют они.
Дополнительную информацию о неплоских слоистых морфологиях можно найти здесь.
Председатель: Цифровые строительные технологии, ETH Zurich
Дизайн и изготовление: Иоанна Митропулу.
Консультанты: профессор Бенджамин Дилленбургер, профессор Ольга Диаманти, профессор Амир Ваксман
Техническая поддержка: Тобиас Хартманн, Филипп Флейшманн, Маттиас Лешок.
Документация: Доминик Фогель, Андрей Джипа.
