Robots in de architectuur: KUKA robot maakt bouwonderdelen voor een paviljoen voor de tuinbouwexpositie Bundesgartenschau.

Robots in de architectuur zijn een innovatie: dat geldt ook voor een KUKA robot die bouwonderdelen voor een paviljoen van de Bundesgartenschau 2019 maakt. Het robotgestuurde productieproces is ontwikkeld door een instituut van de Universiteit Stuttgart. Het demonstreert de voordelen van bouwrobots.

Robotgestuurde productieprocessen in de architectuur

Het Institute for Computational Design and Construction van de Universiteit Stuttgart (ICD) spitst zich toe op de ontwikkeling van computergestuurde ontwerp- en bouwprocessen. Daarbij ligt het zwaartepunt bij de toepassingsmogelijkheden van robots. Voor de Duitse tuinbouwexpositie Bundesgartenschau 2019 in Heilbronn heeft het projectteam, bestaande uit prof. Achim Menges en wetenschappelijke medewerkers Christoph Zechmeister, Serban Bodea en Niccolo Dambrosio, een paviljoen ontworpen met een constructie van gewikkelde vezelcomponenten. Het robotgestuurde productieproces van de lichte bouwonderdelen werd gerealiseerd met behulp van twee KUKA producten: De KUKA robot type KR 210 R3100 QUANTEC legt de vezelstrengen rond twee wikkelframes die aan de positioneerders van de KP1-HC zijn bevestigd. De installatiebouwer BEC GmbH heeft de robots bij het ICD geïntegreerd.

Goed gewikkeld: van dichtbij is de complexe structuur van het paviljoen duidelijk zichtbaar.

Nieuwe oplossingen voor innovatieve architectuur dankzij robots

Het paviljoen bestaat uit 60 onderdelen die tot 6 meter groot zijn. Het bijzondere aan het robotgestuurde productieproces: de elementen hebben ondanks hun grootte geen kern waarop de vezels werden gewikkeld. "De draagconstructie is uitsluitend samengesteld uit vezelcomponenten. Deze werden door bouwrobots gewikkeld uit ononderbroken glas- en koolstofvezels", verklaart Christoph Zechmeister. De bouwonderdelen werden vervaardigd door FibR GmbH. "De constructie is zodanig complex dat ze alleen door een robotgestuurd productieproces kan worden gebouwd", aldus Moritz Dörstelman, managing partner. FibR GmbH is gespecialiseerd in het maken van krachtige, expressieve structuren samengesteld uit vezels aan de hand van digitale ontwerp- en productietechnologieën.

Precisie en herhaalnauwkeurigheid: de bouwrobot past elk element individueel aan.

Robotgestuurd productieproces voor innovatieve productie van bouwonderdelen

Voor de productie van bouwonderdelen biedt FibR GmbH een robotgestuurd productieproces: aan twee KUKA positioneerders type KP1-HC zijn twee wikkelframes bevestigd. Een stalen buis verbindt beide positioneerders kinematisch. De horizontale as die hierdoor ontstaat, is eindeloos draaibaar en maakt het mogelijk de wikkelframes simultaan te bewegen. Deze bewegingsvrijheid is nodig voor het robotgestuurde productieproces. Zo heeft de end-effector van de KR QUANTEC robot optimale toegang. De vezelspoelen zijn op de arm van de bouwrobot bevestigd. De vezelstrengen worden vervolgens geïmpregneerd voordat ze een spanningsregeling doorlopen en naar de end-effector worden gebracht. De end-effector legt de strengen dan om de aanslagpunten van de wikkelframes.

Grootser kan niet: het afgewerkte paviljoen op de Bundesgartenschau in Heilbronn.

Voordelen van robots in de bouw

Door de precisie en herhaalnauwkeurigheid van bouwrobots kunnen de bouwonderdelen individueel worden aangepast. "De productiepaden voor de 60 elementen worden direct uit het digitale model gegenereerd", aldus Christoph Zechmeister. Voor de configuratie van de toepassing werd Engeneering Suite KUKA.WorkVisual gebruikt. In het robotgestuurde productieproces kunnen talrijke constructies met vezels op een voordelige en materiaalbesparende manier worden geproduceerd. Het potentieel van de bouwrobots zit in de flexibiliteit en schaalbaarheid van de productieconfiguratie en in de hoge kwaliteit van de bouwonderdelen. "Door robotgestuurde productieprocessen kunnen we niet alleen het verbruik van ressources in de bouw reduceren. Ook nieuwe, spannende architectuurprojecten worden mogelijk", aldus Moritz Dörstelmann.

Met robots in de architectuur worden heel nieuwe constructies mogelijk.

Door het robotgestuurde productieproces kunnen discrete bewegingsprocessen bij de productie van bouwonderdelen eenvoudig worden geïmplementeerd en kan de complexiteit van het proces worden gereduceerd.

Christoph Zechmeister, wetenschappelijke medewerker aan het ICD