使用多台机器人系统构建的新型ICD / ITKE复合馆

斯图加特大学计算设计与建筑研究所(ICD)和建筑结构与结构设计研究所(ITKE)已经完成了一个新的研究馆,探索玻璃和碳纤维增强复合材料的建筑规模制造。

“这个新颖的过程是基于纤维结构的独特优点和特点。由于这些材料重量轻并具有较高的拉伸强度,所以可以完全不同的制造方法,其结合了低有效载荷和远程机器,如无人驾驶飞行器(UAV),具有强大,精确但有限的工业应用研究人员解释说。

使用多台机器人系统构建的新型ICD / ITKE复合馆-复合材料网

这种协作概念能够实现长跨度光纤复合结构的可扩展的制造设置。该项目由建筑师,工程师和生物学家跨学科团队中的学生和研究人员设计和制造。

重量轻,长跨度纤维结构

“在建筑规模生产中,物料自重受到较大跨度结构的高度关注,轻质纤维复合材料提供无与伦比的性能。然而,我们目前缺乏足够的纤维复合材料制造工艺来生产这种规模,而不会影响架构和设计行业所需的设计自由度和系统适应性。“研究人员报告说。

ICD / ITKE研究馆2016-17的目标是设想一个可扩展的制造过程,并通过开发长跨度连续纤维结构的制造工艺来测试建筑应用的替代场景。

过程仿生调查

该项目的重点是平行的自下而上设计策略,用于长跨度纤维复合结构自然施工过程的仿生研究,以及纤维增强聚合物结构的新型机器人制造方法的开发。

使用多台机器人系统构建的新型ICD / ITKE复合馆-复合材料网

目的是在更长的跨度上开发纤维缠绕技术,从而将所需的模板最小化,同时利用连续长丝的结构性能。因此,与进化生态研究所和图宾根大学古生物学系合作,对自然轻型结构的功能原理和施工逻辑进行了分析和抽象。

确定了两种叶片蛾,即里昂韭菜和赤霉素(Leucoptera erythrinella),其在弯叶的连接点之间延伸的幼虫旋转丝“吊床”被认为特别有希望转移长跨度纤维结构的形态和程序原理。从生物学角色模型中抽象出几个概念,并将其转化为制作和结构概念。

多机网络物理制造

创建长跨度结构,超出标准工业制造设备的工作空间,需要一个协作设置,其中多个机器人系统可以进行接口和通信,以创建无缝纤维铺设过程。纤维可以在多个机器之间通过,以确保连续的材料结构。

使用多台机器人系统构建的新型ICD / ITKE复合馆-复合材料网

在具体的实验装置中,具有纤维缠绕工作所需的强度和精度的两个固定式工业机器人臂位于结构的末端,而使用自主的,远距离的,但不太精确的纤维运输系统来通过纤维从一方到另一方,在这种情况下是定制的无人机。

结合无人机与机器人的无阻碍自由度和适应性,开辟了将纤维铺设在其周围或通过结构的可能性,为机器人或无人机单独使用材料布置和结构性能不可行。

综合示威者

2011年ICD / ITKE研究馆是通过铺设总共184公里的树脂浸渍玻璃和碳纤维来创建的。轻质材料系统被用于创建和测试一个长度为12米的单个长跨度悬臂,作为极端的结构情况。

研究人员说:“这项研究通过将结构能力,材料行为,制造逻辑,生物学原理和建筑设计约束纳入到综合计算设计和建设中,展示了计算设计与施工的潜力。“原型展馆是长跨度纤维复合结构件可扩展制造工艺的概念证明,适用于建筑应用。”

热门搜索
Top