Pabellón de Investigación ICD / ITKE

El Instituto Computacional de Diseño y Construcción (ICD) y el Instituto de Estructuras Construidas y Diseño Estructural (ITKE) en la Universidad de Stuttgart han realizado un nuevo pabellón investigando en los nuevos materiales. El pabellón ha sido realizado en fibra de carbono y vidrio. EL proceso está basado en las características de la construcción con fibras.

Los materiales compuestos de fibra tienen un tremendo potencial en aplicaciones arquitectónicas. Debido a las características del material performativo, se utilizan fácilmente tanto en alta ingeniería, como en las industrias automotriz y aeroespacial. Los potenciales dentro de la arquitectura, sin embargo, siguen siendo en gran parte inexplorados. Dentro de la producción de escala arquitectónica, donde el peso propio material es importante para estructuras de mayor tamaño, los compuestos de fibra ligera proporcionan un rendimiento sin precedentes. Sin embargo, actualmente no tenemos los procesos adecuados de fabricación de compuestos de fibra para producir a esta escala sin comprometer la libertad de diseño y la adaptabilidad del sistema requerida para las industrias de arquitectura y diseño. Los métodos tradicionales de fabricación requieren moldes superficiales a gran escala y, a menudo, limitan el proceso a la producción seriada de partes idénticas. Investigaciones anteriores en el ICD y ITKE han explorado la construcción de fibra compuesta sin la necesidad de moldes de superficie o encofrado costoso. Estos nuevos procesos de fabricación se han utilizado para crear estructuras multicapa muy diferenciadas, sistemas de construcción funcionalmente integrados y conjuntos de elementos grandes.
El objetivo del Pabellón de Investigación ICD / ITKE 2016-2017 es prever un proceso de fabricación escalable y probar escenarios alternativos para la aplicación arquitectónica desarrollando un proceso de fabricación para estructuras de fibra continua de largo alcance. Investigación Biomimética de Procesos. El enfoque del proyecto es una estrategia paralela de diseño bottom-up para la investigación biomimética de procesos de construcción natural de estructuras de fibra compuesta de largo alcance y el desarrollo de nuevos métodos de fabricación robótica para estructuras de polímero reforzadas con fibra. El objetivo era desarrollar una técnica de bobinado de fibras en un tramo más largo, lo que reduce al mínimo el encofrado requerido, aprovechando al mismo tiempo el rendimiento estructural del filamento continuo. Por lo tanto, los principios funcionales y las lógicas de construcción de estructuras ligeras naturales fueron analizados y resumidos en colaboración con el Instituto de Evolución y Ecología y el departamento de Paleobiología de la Universidad de Tübingen. Se identificó que dos especies de polillas, la Lyonetia clerkella y la Leucoptera erythrinella, cuyas larvas giran "hamacas" de seda que se extienden entre los puntos de conexión de una hoja doblada, son particularmente prometedoras para la transferencia de principios morfológicos y procedimentales. Varios conceptos fueron extraídos de los modelos biológicos y transferidos a conceptos de fabricación y estructurales, incluyendo: la combinación de una subestructura activa de flexión y refuerzo de fibra de bobina sin núcleo para crear un marco de bobinado compuesto integrado, orientación de fibra y jerarquía. Procesos de colocación de fibras volumétricas en múltiples etapas para la generación de geometrías tridimensionales complejas. Fabricación Cibernética-Física Multi-Máquina. La creación de una estructura de largo alcance, más allá del espacio de trabajo del equipo de fabricación industrial estándar, requería una configuración colaborativa en la que múltiples sistemas robotizados pudieran interconectarse y comunicarse para crear un proceso de colocación de fibras sin fisuras. Una fibra podría pasar entre múltiples máquinas para asegurar una estructura de material continuo.


El Pabellón de Investigación ICD / ITKE 2016-17 fue ejecutado con un total de 184 km de vidrio impregnado de resina y fibra de carbono. El sistema de material ligero se empleó para crear y probar un único voladizo de 12 m, utilizado como escenario. La superficie cubre un área de unos 40 m² y pesa aproximadamente 1000 Kg. La estructura se fabricó en taller y, por lo tanto, se restringió el tamaño para encajar dentro de un transporte. Sin embargo, se encontraron variaciones de la configuración adecuadas para la fabricación in situ o in situ, que podrían utilizarse para estructuras de material compuesto de fibra de mayor longitud. La geometría general del pabellón demuestra las posibilidades de fabricar morfologías estructurales a través de bobinas volumétricas multietapa, reduciendo el encofrado. La nueva técnica hace el encofrado innecesario ya que éste es sustituido por un bastidor compuesto integrado, de plegado activo que aumenta la escala y permite la construcción a través de la integración de procesos robóticos y autónomos ligeros de fabricación de UAV. Explora cómo los escenarios de construcción futuros pueden evolucionar para incluir sistemas distribuidos, colaborativos y adaptativos. Esta investigación muestra el potencial del diseño computacional y la construcción a través de la incorporación de capacidades estructurales, comportamiento material, lógicas de fabricación, principios biológicos y restricciones de diseño arquitectónico en el diseño computacional integrador y la construcción. El prototipo es una prueba conceptual para procesos de fabricación escalables de elementos estructurales compuestos en fibra de larga duración, adecuados para aplicaciones arquitectónicas.



Equipo de diseño:
ICD Institute for Computational Design and Construction – Prof. Achim Menges
ITKE Institute of Building Structures and Structural Design – Prof. Jan Knippers

Desarrollo científico:
Benjamin Felbrich, Nikolas Früh, Marshall Prado, Sam Saffarian, James Solly, Daniel Reist, Lauren Vasey
Desarrollo de sistemas, fabricación y construcción:
Miguel Aflalo, Bahar Al Bahar, Lotte Aldinger, Chris Arias, Léonard Balas, Jingcheng Chen, Federico Forestiero, Dominga Garufi, Pedro Giachini, Kyriaki Goti, Sachin Gupta, Olga Kalina, Shir Katz, Bruno Knychalla, Shamil Lallani, Patricio Lara, Ayoub Lharchi, Dongyuan Liu, Yencheng Lu, Georgia Margariti, Alexandre Mballa, Behrooz Tahanzadeh, Hans Jakob Wagner, Benedikt Wannemacher, Nikolaos Xenos, Andre Zolnerkevic, Paula Baptista, Kevin Croneigh, Tatsunori Shibuya, Nicoló Temperi, Manon Uhlen, Li Wenhan, con el apoyo de Michael Preisack.

En colaboración con:
Institute of Aircraft Design (IFB) – Prof. Dr.-Ing. P. Middendorf, Markus Blandl, Florian Gnädinger
Institute of Engineering Geodesy (IIGS) – Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Schwieger, Otto Lerke
Department of Evolutionary Biology of Invertebrates, University of Tuebingen – Prof. Oliver Betz
Department of Palaeontology of Invertebrates, University of Tuebingen – Prof. James Nebelsick

Con el apoyo de:
Volkswagen Stiftung
GETTYLAB
Kuka Roboter GmbH
Peri GmbH
SGL Technologies GmbH
Hexion Stuttgart GmbH
Ed. Züblin AG
Lange Ritter GmbH
Stahlbau Wendeler GmbH
Leica Geosystems GmbH
KOFI GmbH