Architektur der Spiegel

Die Installation ?Akustische Spiegel? demonstriert das Potential der Kombination aus digitalem Entwerfen und grossformatigem 3D-Druck f¨¹r die Architektur. Die performative Form der Spiegel ist gezielt f¨¹r einen r?umlichen akustischen Effekt ausgelegt und gleichzeitig strukturell optimiert, um Material besonders effektiv einzusetzen.

Das interdisziplin?re Projekt zwischen Physik und Architektur besteht aus zwei 2 Meter grossen monolithischen konkaven Spiegeln. Die Spiegel sind so konzipiert, dass sich damit zwei Personen ¨¹ber eine grosse Entfernung in Fl¨¹sterlautst?rke unterhalten k?nnen. Sie machen sich einen physikalischen Effekt zu Nutze, der in der historischen Architektur von Fl¨¹stergalerien zu finden ist.

Das organische und ornamentierte Design der Spiegel wurde durch eine eigens entwickelte Entwurfssoftware generiert und integriert dabei akustische, strukturelle und fertigungsspezifische Parameter. Ein optimales Verh?ltnis zwischen Gewicht und Festigkeit konnte durch das gezielte Verteilen des Materials entlang des Kraftflusses erreicht werden.

Mit Hilfe des 3D-Drucks k?nnen die daraus resultierenden komplexen Formen in einem vollautomatischen und ressourceneffizienten Fertigungsprozess, mit einer Genauigkeit von einem Bruchteil eines Millimeters, materialisiert werden.

Computergest¨¹tzter Entwurf

Das Projekt ?Acoustic Mirrors? verwendet rechnergest¨¹tztes Design zur Formfindung. Die eigenentwickelte Software integriert Schnittstellen zu einem Programm zur Strukturoptimierung, wie auch zu einer akustischen Simulationssoftware.

Dieser Workflow erm?glicht eine Untersuchung und Bewertung mehrerer Designvarianten und integriert gleichzeitig unterschiedliche Designkriterien in den Prozess.

Dar¨¹ber hinaus erm?glicht das f¨¹r dieses Projekt entwickelte parametrische Konstruktionswerkzeug, sowohl das Design der Gesamtstruktur, als auch der vielen kleinen Details, innerhalb eines koh?renten Prozesses. Zudem bietet es schlussendlich den direkten Export der Fabrikationsdaten.

Digitale Fabrikation durch 3D-Druck ¨C Additive Fertigung in der Architektur

Erstmals wurde mit Hilfe des 3D-Binder Jetting Verfahrens eine grossformatige Installation aus Kunstsandstein f¨¹r den Aussenbereich realisiert. Die beiden Spiegel sind unter den gr?ssten Objekten, die mit dem Binder-Jetting Verfahren bisher hergestellt wurden. Im Vergleich zur der Herstellung der Objekte im Betonguss hat die direkte additive Fertigung entscheidende Vorteile.

• Schalungsfreie Fertigung: Der Prozess erfordert keinerlei Schalung, wodurch Ausschuss und Kosten im Fertigungsprozess reduziert werden.
  
• Materialeffizienz: Es muss kein Material zerspant werden und Material wird nur dort eingesetzt wo es ben?tigt wird. Ungenutztes Material kann aus dem Druckprozess recycelt werden.
  
• Massanfertigung: Der Einsatz von 3D-Druck im Baubereich verspricht die Herstellung kundenspezifischer Elemente ohne zus?tzliche Kosten zu generieren.
  
• Komplexe Geometrie: Mit Hilfe des 3D-Drucks k?nnen komplexe Geometrien, die sonst mehrere, zeit- und arbeitsintensive Fertigungsschritte erfordern w¨¹rden, oder anderweitig gar nicht herstellbar w?ren, effizient realisiert werden.
  

Binderjet 3D-Druck

Der Binderjet 3D-Druck folgt einem Verfahren, das Schicht f¨¹r Schicht mit zunehmender H?he wiederholt wird. Im ersten Schritt wird loser Sand gleichm??ig ¨¹ber das gesamte Druckbett verteilt. Im zweiten Schritt wird ein 2D-Muster aus Bindemittel aufgetragen, welches den Sand selektiv mit den darunter liegenden Schichten verbindet. An den Stellen auf denen kein Bindemittel gedruckt wird, bleibt der Sand lose. Verglichen mit den unterschiedlichen 3D-Druckverfahren, bietet der Binderjet 3D-Druck spezifische Vorteile f¨¹r die Baubranche:

• Hohe Aufl?sung: Details k?nnen in einer Aufl?sung von einem Bruchteil eines Millimeters gedruckt werden.
  
• Grosse Abmessungen: Grosses Druckbett von bis zu 4 x 2 x 1 m
  
• H?chste geometrische Freiheit: Formen mit Auskragungen und Hohlr?umen sind herstellbar da der lose Sand als Unterst¨¹tzung w?hrend des Druckprozesses dient.
  
• Schnelle Druckgeschwindigkeit: Durch die Verwendung von Industrie-Druckk?pfen ist die Fertigungszeit unabh?ngig von der Komplexit?t der Geometrie.
  
• Niedrige Kosten: Die Materialkosten sind im Vergleich zu anderen hochaufl?senden 3D-Druck-Verfahren deutlich niedriger.
  Jeder der beiden akustischen Spiegeln konnte mit Hilfe des gr?ssten industriellen Binderjet 3D-Druckers, mit einem Druckbett von 4 x 2 x 1 m bei einer Schichth?he von 0,3 mm, in weniger als 48 Stunden gedruckt werden. 

Funktionale Beschichtung

Da die Oberfl?che von 3D-gedrucktem Sandstein por?s und zerbrechlich ist, wurden f¨¹r die Anwendung im Aussenbereich mehrere Beschichtungsstrategien evaluiert. Die ausgew?hlte Spritzversiegelung, eine d¨¹nne Schicht Polyesterharz, sch¨¹tzt die Struktur vor Witterungseinfl¨¹ssen. Zudem haben Belastungstests gezeigt, dass die 3D-gedruckten Bauteile durch den entstandenen Verbundwerkstoff deutlich verst?rkt wurden. Als Abschluss erhalten die Objekte eine helle Farbschicht. Diese enth¨¹llt alle Details und Ornamente der Installation und garantieren damit hohen Kontrast und Schattenspiel im Sonnenlicht.

Weitere Informationen ¨¹ber das Team der akustischen Spiegel finden Sie im Impressum.