Robotar inom arkitektur: KUKA-robot tillverkar byggelement till paviljong på Bundesgartenschau

Att använda robotar inom arkitekturen är en innovation: Detta gäller även den KUKA-robot som tillverkar byggelement till en paviljong på Bundesgartenschau 2019. Den robotstyrda tillverkningsmetoden har utvecklats av ett institut på universitetet i Stuttgart. Fördelarna med att använda byggrobotar blir tydlig.

Robotstyrda tillverkningsmetoder inom arkitektur

På Institute for Computational Design and Construction på Stuttgarts universitet (ICD) utvecklas datorstyrda design- och byggprocesser. En tyngdpunkt ligger på robotar och hur dessa kan användas. Till Bundesgartenschau 2019 i Heilbronn har projektgruppen – bestående av Prof. Achim Menges och forskarstudenterna Christoph Zechmeister, Serban Bodea och Niccolo Dambrosio – designat en paviljong som består av lindade kolfiberelement. Den robotstyrda tillverkningsmetoden som används för att tillverka lättviktselementen kunde realiseras med hjälp av två KUKA-produkter: En KUKA-robot av typen KR 210 R3100 QUANTEC som lindar kolfibersträngarna runt två ramar monterade på en KUKA-lägesställare av typen KP1-HC. Integrationen av robotarna hos ICD genomfördes av anläggningskonstruktören BEC GmbH.

Noggrannare än ett garnnystan: På nära håll ser man tydligt paviljongens komplexa struktur.

Nya lösningar för innovativ arkitektur baserat på robotar

Paviljongen består av 60 konstruktionselement av en storlek upp till 6 meter. Det speciella med denna robotstyrda tillverkningsmetod: Trots sin storlek har elementen ingen kärna för kolfibersträngarna. ”Den bärande konstruktionen består uteslutande av fiberkompositelement. Dessa lindas med kontinuerliga glas- och kolfibersträngar av byggrobotar”, förklarar Christoph Zechmeister. Byggelementen tillverkas av FibR GmbH. ”Konstruktionen är så pass komplex att en robotbaserad tillverkning är helt nödvändig”, menar Moritz Dörstelmann, verkställande direktör och aktieägare. Företaget FibR GmbH har specialiserat sig på högpresterande, expressiva fiberkompositstrukturer framtagna med digital design- och tillverkningsteknik.

Precision och repeternoggrannhet – byggroboten kan anpassa varje element individuellt.

Robotstyrd tillverkningsmetod för innovativ produktion av byggelement

Byggelementen tillverkas med en robotstyrd tillverkningsprocess utvecklad av FibR GmbH: Två ramar är monterade på två lägesställare från KUKA av typen KP1-HC. Lägesställarna är kinematiskt kopplade till varandra via ett stålrör. Den horisontella axel som då uppstår är ändlöst roterbar och gör det möjligt att styra ramarna simultant. Den erhållna rörelsefriheten är helt nödvändig för att realisera en robotstyrd tillverkningsmetod som denna. Verktyget på KR QUANTEC -roboten kommer nu åt alla punkter på ett optimalt sätt. Fiberspolarna är monterade på byggrobotens arm. Till att börja med impregneras fibersträngarna innan de genomgår en spänningsreglering och slutligen matas fram till robotverktyget. Robotverktyget lindar sedan strängarna runt ramarnas anslagspunkter.

I sin fulla prakt: Den färdiga paviljongen på Bundesgartenschau i Heilbronn.

Fördelar med att använda robotar inom byggindustrin

Tack vare byggrobotarnas höga precision och repeternoggrannhet kan byggelementen utformas individuellt. ”Rörelsesekvenserna för de 60 elementen genereras direkt från den digitala modellen”, berättar Christoph Zechmeister. Applikationen har konfigurerats med engineering-sviten KUKA.WorkVisual. Den här robotstyrda tillverkningsmetoden möjliggör en kostnads- och materialeffektiv tillverkning av stora fiberkompositkonstruktioner. Byggrobotarnas främsta potential ligger i lösningens flexibilitet och skalbarhet samt i byggelementens höga kvalitet. ”Med robotstyrda tillverkningsmetoder kan man inte bara minska resursåtgången inom byggindustrin. Det går även att omsätta nya, spännande arkitekturprojekt”, förklarar Moritz Dörstelmann.

Robotar inom arkitekturen möjliggör helt nya byggelementsformer.

Med en robotstyrd tillverkningsmetod går det enkelt att implementera diskreta rörelsesekvenser vid tillverkningen av byggelement och det går även att reducera processens komplexitet.

Christoph Zechmeister, vetenskaplig medarbetare hos ICD