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KUKA Roboter zeigen Perspektiven für robotische Fertigung in der Architektur
Präzise und effizient kleben und fräsen zwei KUKA Roboter Holzplatten für ein Projekt der Uni Stuttgart und beweisen: Industrieroboter können auch die Holzbaubranche, die bislang selten auf automatisierte Prozesse setzt, mit ihren Vorteilen bereichern.
Forschungsprojekt: Robotische Fertigung in der Holzbau-Architektur
Das 2008 gegründete Institute for Computational Design and Construction der Uni Stuttgart (ICD) entwickelt computergestützte Entwurfs- und Bauprozesse. Ein Schwerpunkt liegt auf der robotischen Fertigung in der Architektur. Für die Bundesgartenschau 2019 hat das ICD einen innovativen Pavillon in Holzleichtbauweise entwickelt, dessen Produktion sich nur mithilfe von Robotern realisieren ließ. Die Planung der benötigten Anlage unterstützte die BEC GmbH. Der Anlagenbauer setzt dabei auf bewährte KUKA Roboter: So kommen ein Zwei-Achs-Positionierer DKP-400 und zwei KUKA Roboter vom Typ KR 500 FORTEC zum Einsatz. Die Industrieroboter kleben und fräsen präzise die Holzkassetten.
Sorgfältig und effizient: Die Roboter kleben die Holzplatten.
Die Bundesgartenschau 2019 in Heilbronn
Alle zwei Jahre wird die Bundesgartenschau (BUGA) in einer anderen deutschen Stadt veranstaltet. War die BUGA anfangs eine reine Gartenausstellung, ist sie heute längst mehr als das: Sie präsentiert zukunftsweisende Entwicklungen im Bereich Stadtplanung und Architektur. Auf der diesjährigen BUGA in Heilbronn ist neben Bäumen und Blumen auch ein innovativer Pavillon aus Holz zu sehen. Dass er so gut auf das BUGA-Gelände passt, mag auch daran liegen, dass die Inspiration für die Holzkonstruktion in einem Naturphänomen begründet liegt.
Schöner Anblick: Der Holzbaupavillon auf der BUGA 2019.
Robotische Fertigung in der Architektur
Von der Natur inspirierte Konstruktion: Roboter klebt Holzplatten
„Ein Schwerpunkt unserer Arbeit liegt im Bereich der biomimetischen Forschung“, erklärt Professor Achim Menges, Leiter des ICD. „Formen, Materialien und Strukturen in der Natur weisen oft eine höhere Materialeffizienz und Funktionsfähigkeit auf als die üblichen Bauweisen.“ Der Pavillon für die BUGA ist der Hülle des Seeigels nachempfunden: Diese besteht aus individuell gewachsenen Platten. Auch beim Holzpavillon sind die 376 Elemente absolute Einzelstücke. Die Roboter kleben diese aus Holzplatten und -balken aus Furnierschichtholz zusammen. Im Inneren sind die fünf-, sechs- oder siebeneckigen und 16 cm dicken Kassetten hohl. Der fertige Pavillon überspannt 30 Meter – ohne Träger und Stützen im Inneren. „Die Leichtbauweise ist weltweit bisher einzigartig. Ohne die robotische Fertigung wäre die hohe Teilevarianz nicht denkbar gewesen“, sagt Hans Jakob Wagner, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand am ICD.
Individuelle Fertigung: Der Holzpavillon wird aus 376 Einzelstücken zusammengesetzt.
Voll automatisiert: KUKA Industrieroboter fräst präzise die Holzkassetten
Die robotische Fertigung übernehmen zwei KUKA Roboter vom Typ KR 500 FORTEC: Roboter 1 positioniert die Grundplatte auf dem Zwei-Achs-Positionierer KUKA DKP-400. Roboter 2 verteilt Klebstoff auf der Holzplatte, dann klebt Roboter 1 einen Tragwerksbalken darauf. Mit Holznägeln nagelt Roboter 2 den Balken ab. Diese Arbeitsschritte wiederholen die Industrieroboter, bis alle Balken verklebt und vernagelt sind. Dann klebt Roboter 1 eine weitere Holzplatte auf den von Roboter 2 auf den Balken aufgetragenen Klebstoff. Auch die Deckplatte wird zusätzlich mit Nägeln befestigt. Sobald der Klebstoff ausgehärtet ist, positioniert der Roboter die Holzkassette erneut auf dem DKP-400. Roboter 2 fräst präzise die Eckkonturen und Zinkenverbindungen. Anschließend legt Roboter 1 die fertige Kassette ins Magazin.
Der Roboter klebt Holzplatten und fräst und vernagelt die Holbalken.
Der Holzbaupavillon auf der BUGA 2019 in Heilbronn.
Präzision und Effizienz – Vorteile der robotischen Fertigung in der Architektur
„Der Roboter klebt die Holzplatten präzise und effizient.Das ist wichtig, denn der Klebstoff ist nur begrenzte Zeit flüssig“, erklärt Matthias Buck, Geschäftsführer der BEC GmbH. Zudem sind beim Auftrag spezielle Bedingungen, wie Menge und Gleichmäßigkeit, einzuhalten. Auch angesichts des Gewichts der einzelnen Elemente – eine Kassette wiegt bis zu 200 kg – stellen Roboter eine Arbeitserleichterung dar. Ein weiterer Vorteil: Beim Fräsen liegt die Maßtoleranz in der robotischen Fertigung bei weniger als 0,3 mm. Zudem lobt Matthias Buck die Anpassungsfähigkeit der KUKA Roboter: „Wir haben die Möglichkeit, noch während des Fertigungsprozesses den Bauplan einzelner Elemente zu verändern.“ Daraus ergeben sich innovative Möglichkeiten für die Bauindustrie und den Holzbau: Robotersysteme können helfen, die steigenden Anforderungen an Stückzahlen und bezahlbare Lösungen zu bewältigen.
Die Produktion der Bauteile ist komplex und aufwendig. Ohne die roboterbasierte Lösung hätte sich das Projekt nicht realisieren lassen.
