Konturenherstellung

Contour Crafting ist eine Gebäudeldrucktechnologie, die von Behrokh Khoshnevis vom Institut für Informatik der Universität von Südkalifornien (in der Viterbi School of Engineering) erforscht wird, das einen Computer-gesteuerten Kran oder eine Gantry verwendet, um Gebäude schnell und effizient mit wesentlich weniger Handarbeit zu bauen. Es wurde ursprünglich als eine Methode zum Konstruieren von Formen für industrielle Teile konzipiert. Khoshnevis beschloss, die Technologie für den schnellen Hausbau anzupassen, um nach Naturkatastrophen wie den verheerenden Erdbeben, die seine Heimat Iran heimsuchten, wieder aufzubauen.

Mit einem schnell abbindenden, betonartigen Material bildet Contour Crafting Schicht für Schicht die Wände des Hauses, bis sie durch die vom Kran eingesetzten Böden und Decken ergänzt wird. Das fiktive Konzept sieht die Einfügung von Strukturbauteilen, Rohrleitungen, Kabeln, Versorgungseinrichtungen und sogar Verbrauchergeräten wie audiovisuellen Systemen vor, wenn die Schichten gebaut werden.

Eigenschaften
Die Technologie besteht in der Extrusion (Extrusion) einer Schicht nach einer Schicht aus Spezialbeton entlang der vom Programm festgelegten, wachsenden Wände des Gebäudes, daher hat die Technologie diesen Namen bekommen. Es ist dem herkömmlichen 3D-Druck mit Stratasys FDM®-Technologie (Schichtung des erwärmten Thermoplastfilaments entsprechend der Arbeitsdatei) sehr ähnlich.

Ein Merkmal der Technologie ist, ein zusätzliches Werkzeug der Maschine zu verbinden – ein Manipulator, der in die Konstruktionsposition die tragenden und tragenden Konstruktionselemente, die technische Kommunikation (Brücken, Bodenbalken / Deckenträger, Fachwerkkonstruktionen, Trays, Kamine, Lüftungskanäle) installiert , etc.).

Baumaterial für den Bau von tragenden Strukturelementen (Wände, Böden) ist eine schnell aushärtende Reaktionspulverbeton, verstärkt mit Stahl oder Polymer-Mikrofaser. Ein Merkmal des Reaktionspulverbetons ist die Abwesenheit von grobem Zuschlag ohne Verlust des Verhältnisses von Bindern / fester Komponente sowie der höchsten Leistungsmerkmale. Günstigere Betonarten können ebenfalls verwendet werden, wie feinkörniger und sandiger Beton, modifiziert mit Additiven (Fließmittel, Härtungsbeschleuniger, Faser).

Die Bewehrungstechnologie kann auf innovative Technologie gewebtes Volumenmaschengerüst angewendet werden. Theoretisch können solche Gerüste während der Konstruktion in eine einzige Struktur eingebunden werden.

Der Vorteil der Technologie liegt in der Geschwindigkeit der Konstruktion. Laut dem Auto kann es ein Wohngebäude mit einer Fläche von 150 qm bauen. in 24 Stunden.

Der Nachteil liegt in der Komplexität und in einigen Fällen in der Unmöglichkeit, offene Gebäude und komplexe architektonische Formen zu bauen, weil Stützstrukturen geschaffen werden müssen.

Geschichte
Caterpillar Inc. stellte im Sommer 2008 Mittel zur Unterstützung der Viterbi-Projektforschung zur Verfügung.

Anfang der 2000er Jahre stehen die theoretischen Grundlagen und erste Rückmeldungen zur Verfügung, und viele Autoren testen oder planen die Zukunft von automatischen Bausystemen ganzer Gebäude durch Roboter oder einen einzigen Multitasking-Roboter.

In den Jahren 2002 bis 2004 war die Entwicklung der Automatisierung im Bauwesen langsamer als in anderen Bereichen (insbesondere Automobil- und Industrierobotik), aber basierend auf Rapid-Prototyping durch den Einsatz von Material in anderen Industriezweigen und nach Verbesserung der Extrusionsköpfe und Anpassung von Materialien (Zement, Gips, ungehärtete Keramik, unter Verwendung des Prinzips von Adobe, Kunststoff, Harz, Polymere oder Mischungen …) ist es nun theoretisch fortgeschritten genug, um den additiven Aufbau, einschließlich des Mondes und anderer Planeten, nach Khoshnevis von der Universität zu ermöglichen von Südkalifornien.

Im Jahr 2007 wird eine Alternative zum Laufkran in Betracht gezogen: die Verwendung eines Druckkopfes, der durch die Bewegungen der Kabel, an denen er aufgehängt ist, im Raum orientiert ist, wobei diese Bewegungen durch den Computer gesteuert werden; Diese Option wird von Bosscher und seinen Kollegen in Ohio untersucht und im Jahr 2008 verbessert.

Im Jahr 2008 hat die Firma Caterpillar Inc. beschlossen, Mittel zur Unterstützung von Forschungsprojekten Viterbi (Sommer 2008) zur Verfügung zu stellen.

Im Jahr 2009 gründeten Doktoranden der Singularity University (eine inoffizielle Silicon Valley University) ein ACASA-Projekt mit Khoshnevis als Projektleiter, um die “Contour Crafting” (CC) -Technik zu kommerzialisieren.

Im Jahr 2010 sagt Khoshnevis so in der Lage, einen Roboter (Haus-Bot) ein volles Haus an einem Tag mit einem Kran oder einer elektrischen Gantry (kann mit einer sauberen Energiequelle, sicher und erneuerbar für Strom grün betrieben werden) zu bauen, indem er sehr wenig produziert Verschwendung von Baustoffen. Wenn diese Herausforderung bewältigt wird, könnte diese Technik die Umweltbelastung und den CO2-Fußabdruck sowie den ökologischen Fußabdruck des Häuserbaus stark einschränken.

Im selben Jahr 2010 verkündet Khoshnevis, dass die NASA die Möglichkeit evaluiert, das Contour Crafting für den Bau von Basen auf dem Planeten Mars und / oder Mond zu nutzen, was ebenfalls die Fähigkeit erfordert, das Mondmaterial zu angemessenen Kosten zu sammeln, zu transportieren und vorzubereiten Frage untersucht zwei Jahre zuvor von Zacny et al. und Zeng al (2007).

Im Jahr 2013, basierend auf früheren Arbeiten (2005) und im Hinblick auf eine mögliche Konstruktion eines Mondlabors, kontrolliert die NASA eine kleine Studie an der University of Southern California, um diese 3D-Drucktechnik zu verfeinern, indem sie mögliche Anwendungen berücksichtigt von Strukturen oder Infrastrukturen, die auf dem Mond im ISRU-Modus (In-situ-Ressourcennutzung) gebaut werden könnten, das heißt mit einem Material, das mindestens 90% Mondmaterialien und nicht mehr als 10% des von der Erde importierten Materials enthält.

Das erste französische Gebäude, das in 3D gedruckt wurde (YHNOVA, Sozialwohnungen, im März 2017 angekündigt, sollte in Nantes auf der Grundlage einer von der Universität von Nantes patentierten Technik “Batiprint3D” geboren und mit dem CNRS, der School Centrale, konzipiert werden. Inria und IMT Atlantique, und patentiert von der Universität von Nantes).

Khoshnevis stellte 2010 fest, dass die NASA Contour Crafting für seine Anwendung beim Bau von Basen auf dem Mars und dem Mond evaluierte. Nach drei Jahren, im Jahr 2013, finanzierte die NASA eine kleine Studie an der University of Southern California zur Weiterentwicklung der Contour Crafting 3D-Drucktechnik. Mögliche Anwendungen dieser Technologie umfassen die Konstruktion von Mondstrukturen aus einem Material, das aus 90 Prozent Mondmaterial mit nur zehn Prozent des von der Erde transportierten Materials gebaut werden könnte.

Im Jahr 2017 kündigte die Contour Crafting Corporation (deren CEO Khoshnevis ist) eine Partnerschaft mit und Investitionen von Doka Ventures an. In der Pressemitteilung behaupten sie, dass sie “die Lieferung der ersten Drucker Anfang nächsten Jahres beginnen werden”

Prinzip
Das Haus wird am Computer entworfen und die Daten werden dann an den 3D-Drucker weitergeleitet. Der 3D-Drucker ist ein vollautomatischer Portalroboter, der größer als das Gebäude ist; Der schnell aushärtende Spezialbeton und der Normalbeton werden über Betonbehälter angeliefert.

Zunächst gießt der Portalroboter einen Rahmen Schicht für Schicht mit dem schnell aushärtenden Spezialbeton. Seine computergesteuerte Sprühdüse legt dünne Betonspuren auf den Boden, die von zwei Seitenkellen in ihre endgültige Form gebracht werden. Dann wird der Rahmen mit normalem Beton gefüllt. Weiterhin können fertige Stahlgerüste oder dergleichen mit eingebracht werden. So wird ein Gebäude genau nach dem Computerzeichnen erstellt.

Dieses Prinzip des Rapid Prototyping wurde vom US-Forscher Behrokh Khoshnevis, Professor an der University of Southern California, Los Angeles, entwickelt.

Methoden
Im Allgemeinen ermöglichen automatisierte Systeme eine additive, formative oder subtraktive Verwaltung des Materials. Sie können diese drei Ansätze auch – in situ – kombinieren.

Die CC (Contour Crafting) -Methode passt sich an die Bedürfnisse großer Konstruktionssoftware- und Hardware-Werkzeuge an, die zur Bearbeitung oder Herstellung von Formen für die Herstellung von Industrieteilen für Gießereien, Glas oder Kunststoffe und dann für 3D-Drucker entwickelt wurden.

Seit Mitte der 1990er Jahre hat Khoshnevis diese Technologien schrittweise an ein schnelles Hausbauprojekt angepasst, das beispielsweise nach verheerenden Naturkatastrophen (Tsunamis, Erdbeben) wie dem Erdbeben umgesetzt werden könnte. traf seine Heimat, Iran) oder sogar auf andere Planeten im Rahmen der Weltraumforschung mit menschlicher Präsenz. In Europa hat der Italiener Enrico Dini eine eigene Maschine namens D-Shape entwickelt, die mit einem anorganischen Binder gehärtete Sandschichten abscheidet, um bis zu sechs Meter hohe Objekte zu erzeugen (Stand 2014).

Im ersten Fall wird ein schnell abbindendes Material wie Beton aus Sand und Zement mit einer “Setzbeschleuniger” -Form – Schicht für Schicht – die Wände und Elemente eines Hauses, Böden, Decken und Dach durch den Portalkran eingesetzt oder Kran.

Die Lücken, die für die Einführung von Installations-, Elektro- und Computerverkabelungs-, Lüftungs- oder Isoliermaterialien erforderlich sind, sind stromaufwärts in dem Computerplan vorgesehen, aber der Roboter und sein Portal können theoretisch auch Rohre oder einige sekundäre Elemente der Struktur oder dekorative und schützende Elemente installieren wie Tessellationen, Fliesen, Putz, Farben, etc.

Alternativen oder ökologische Varianten
Sie versuchen, Grundstoffe zu verwenden, die weit verbreitet sind und einen geringen ökologischen Fußabdruck haben (Sand, Kies, Ton usw.) und eine freie und sichere Energiequelle wie Solarenergie (umgewandelt in Elektrizität und in Form von Wärme) zu nutzen ) ..

Vor kurzem (2012-2013) haben künstlerische und / oder technische Experimente Maschinen benutzt, die Objekte oder Dekorationen in Sand, manchmal von großer Größe, bauten. Dies ist zum Beispiel der Fall von:

Englisch: www.db-artmag.de/2003/12/e/1/116-2.php Die von den Architekten Michael Hansmeyer und Benjamin Dillenburger mit der Architekturabteilung der ETH Zürich 36 erstellten Entwürfe oder Elemente gedruckter Architektur (oder “Computational Architecture”). In diesem Fall fertigte der 3D – Drucker große Objekte (Säulen, Wände, Räume) aus Sand. Die Stücke wurden aus Algorithmen gebildet, die darauf abzielten, komplexe und dekorative architektonische Objekte schnell herzustellen, die mit Hilfe der klassischen Bildhauerei, die 2014 am FRAC in Orléans in Frankreich ausgestellt werden sollte, fast unmöglich zu erreichen sind

Skulpturen oder Gebrauchsgegenstände, gebaut von einem computergesteuerten “Stone Spray Robot”, der in mehreren Richtungen gleichzeitig drucken kann (in zwei Ebenen, vertikal und horizontal), um komplexe, möglicherweise selbsttragende Formen (Möbel, Wände, Skulpturen) herzustellen. (auf ökologischem Binder LEEED-zertifiziert (Leadership in Energy and Environmental Design), mit einer Stromversorgung, die ein Photovoltaik-Panel ist. Dieser Roboter wurde von Shergill, Anna Kulik und Petr Novikov, betreut von Jordi Portell, hergestellt. Marta Male Alemany und Miquel Iloveras von der IAAC (katalanisches Institut für fortgeschrittene Architektur (Institut für fortgeschrittene Architektur von Katalonien;

Objekte in geschmolzenem Sand; Fusion wird durch Konzentration eines Sonnenlichtstrahls auf eine erneute Schicht Wüstensand erzeugt; Es war Markus Kayser, der den ersten sehr einfachen Prototyp entwickelte, der in der Sahara erfolgreich getestet wurde. Er verwendete eine einfache Fresnel-Linse, die von einem mit Sonnenenergie betriebenen Computer angetrieben wurde (“Solar Sinter Project”). Die Linse konzentriert die Sonnenwärme auf Sand, der in der Maschine Schicht für Schicht hinzugefügt wird, wobei die Form als digitales Modell programmiert wird.

Die Pr Behrokh Khoshnevis, mit der University of Southern California und der Finanzierung von NASA und Cal-Earth Institute Tests im Jahr 2014 einen “riesigen 3D-Drucker” mit dem Projekt, ein Haus in 24 Stunden zu bauen. Der Drucker ist hier ein Roboter, der Beton gemäß einem Plan extrudiert, der in dem Computer gespeichert ist, der ihn steuert.

Englisch: www.germnews.de/archive/dn/1995/02/12.html Nach Angaben der Verfechter dieser Technik koennten solche Roboter in Zukunft mit Materialien, die vor Ort gesammelt (oder recycelt) werden, zivile und militaerische Bauten, Landebahnen, Strassen, Hangars oder Strahlungswaende sowie moeglich bewohnbare Gebaeude auf dem Mond, Marsch bzw andere außerirdische Umgebungen. Die Tests werden in einem Labor in der Wüste der NASA (D-RATS) durchgeführt. Dieser Prozess wurde oder wurde in kleinem Maßstab getestet (Projekt “Haus der Zukunft / Stadtpolitische Initiative” (2004)) und wird von der Industrie seit mehreren Jahren betrachtet.

Das Projekt “3D Print Canal House” verwendet einen Drucker mittlerer Größe, der in einem Container arbeitet, genannt “Kameramaker”, der einfach vor Ort gebracht werden kann (Test läuft in den Niederlanden 49), Elemente von Wänden, die dann einfach auf Platz montiert werden; in diesem Fall besteht der verwendete Kunststoff aus 75% Pflanzenöl, aber andere Arten von Kunststoffen werden experimentiert.

Vermarktung
Die Caterpillar Inc. hat das Projekt Viterbi School seit 2008 finanziert.

Khoshnevis sagt auch, dass die NASA die Umrisskonstruktion als eine Methode zum Aufbau von Grundlagen für die Kolonisierung von Mars und Mond bewertet.

Im Jahr 2009 gründeten Studenten der University of Singularity das ACASA-Projekt mit Khoshnevis als CTO, um die Konstruktion durch Konturen zu vermarkten.

Vorzeitigkeit
Das Konzept der additiven Fertigung existiert unter Modellbauern, die Lehm, Wachs und Architektur in Handwerkern oder Dekorateuren verwenden, die Gips oder Stuck verwenden. Die Konstruktion von geschichteten Mauern aus Adobe (Bankage), die mit Kalk, Stroh, Fasern usw. verfestigt sind oder nicht, existiert seit der Antike, aber sie wäre jetzt potentiell voll automatisiert, beschleunigt und benötigt keine Schalung mehr.

Implementierung
Eines der erfolgreichsten Systeme für die Konturenkonstruktion ist D-Shape, dessen Entwickler Enrico Dini ist. Mit D-Shape können Sie Gebäude ohne menschliches Eingreifen durchführen. In diesem Fall verwendet D-Shape eine spezielle Technologie zur Umwandlung von Sand in ein Mineral mit mikrokristallinen Eigenschaften, dessen Eigenschaften denen von Portlandzement überlegen sind. Gemäß einigen Ansprüchen erfordert solches Material keine Verstärkung. Es wird darauf hingewiesen, dass D-Shape es Ihnen ermöglicht, den Konstruktionsprozess im Vergleich zu herkömmlichen Methoden bis zu vier Mal zu beschleunigen.

Im Jahr 2009 hatte das D-Shape-System bereits ein 3 Meter hohes Gebäude errichtet.

Im Jahr 2014 begann der Durchbruch im Bereich des Hochbaus mit 3D-Konturdruck mit Beton.

Im Jahr 2014 gab die Shanghaier Firma WinSun bekannt, zuerst den Bau von zehn 3D-gedruckten Häusern, die innerhalb von 24 Stunden errichtet wurden, zu drucken und dann ein fünfstöckiges Haus und ein Herrenhaus zu drucken.

Die University of Southern California hat die ersten Tests eines riesigen 3D-Druckers bestanden, der ein Haus mit einer Gesamtfläche von 250 m² pro Tag bedrucken kann.

Prospektiv
Verschiedene mehr oder weniger experimentelle Modelle wurden am Ende des XX. Jahrhunderts geschaffen und halfen, nach und nach immer größere, meist einteilige und gleichfarbige Teile herzustellen.

Der dreidimensionale Drucker war zunächst Science-Fiction (Arthur C. Clarke evozierte in den 1960er Jahren eine “replizierende Maschine”, eine Maschine, die Objekte replizieren würde, während sie Bücher druckten, was einen tiefgreifenden positiven Effekt auf die Gesellschaft hätte: “Die Menschheit wird sich anpassen wie in die Vergangenheit “oder Comics (im Jahr 1972, in der Karikatur Tintin und Shark Lake, erfindet Professor Tournesol einen dreidimensionalen Fotokopierer sofort begehrt von Rastapopoulos zur Herstellung von falschen durch die Duplizierung von Kunstwerken aus großen Museen gestohlen).

Die technischen Lösungen, die in den 1990er Jahren existierten, weisen auf die Möglichkeit einer schnellen und vollautomatischen Konstruktion eines Gebäudes oder einer Reihe von Gebäuden hin, mit automatischer Lackierung, robotischer Installation von Fliesen und anderen dekorativen oder funktionalen Elementen wie Leitungswasser, Gas, Klimaanlage oder Belüftung, Integration von elektrischen, elektronischen oder faseroptischen Kabeln usw.

Im Jahr 2014 gibt es Roboterchirurgen, einschließlich Gehirnchirurgie. Einige medizinische Roboter können ferngesteuert werden (Tele) und unter Entwicklungsmodellen können sich bereits in Echtzeit Atembewegungen oder Reflexe eines Patienten anpassen. Sie legen nahe, dass die Genauigkeit von 3D-Druck in der Architektur weiter voranschreiten kann.

In ähnlicher Weise werden Typologien von Materialien in Zukunft wahrscheinlich als technischer Fortschritt zunehmen. Reaktive oder “intelligente” Materialien, die so strukturiert sind, dass sie Luft, Wasser, Feuchtigkeit, Kalorien oder Frigorien, Informationen usw. speichern oder leiten oder filtern, werden ebenfalls berücksichtigt.

Die Biomimetik könnte Ingenieure und Architekten inspirieren und neue Ideen für Öko-Häuser mit sehr geringem ökologischen Fußabdruck, ohne “Wasserfußabdruck” oder CO2-Fußabdruck oder mit der Möglichkeit, ihre ökologischen Schulden zurückzuzahlen, bieten. Solche Konstruktionen könnten zum Beispiel durch das konstruktive Modell bestimmter Termitenhügel, bio-konstruktiver und / oder photosynthetischer Organismen usw. unter Verwendung von Mikrorobotern inspiriert werden, die möglicherweise ein nano-strukturiertes Material mit neuen Eigenschaften erzeugen können.