Thema
Flexible Tiling
In verschiedenen Bereichen, insbesondere aber in der Architektur, ist die Herstellung von doppelt gekrümmten Flächen ein relevantes Thema. Traditionelle Methoden greifen dabei oft auf die Verwendung von Formen und Schalungen zurück, welche diesen Prozess ressourcenintensiv und zeitintensiv machen. Aktuelle materialbasierte Forschung zu “programmable matter” und “active materials”, die sich beispielsweise durch ihre Fähigkeit sich von einer 2D- in eine 3D-Form zu transformieren auszeichnen, zielt darauf ab, sich diesen Herausforderungen zu stellen. Jedoch wurde bislang keine präzise Steuerung der Flächenkrümmung oder Skalierbarkeit erreicht.
Diese Diplomarbeit untersucht einen materialzentrierten Ansatz zur Herstellung doppelt gekrümmter Flächen mithilfe von „Active Textiles“, einem Verbundmaterialsystem, das durch 3D Druck von Kunststoffen auf vorgedehntem Textil entsteht. Beim Lösen der Spannung wandelt sich der Stoff von einem flachen 2D Zustand in eine doppelt gekrümmte 3D Konfiguration.
Zu Beginn konzentrierte sich die Studie auf systematische Materialexperimente, um Fertigungsparameter wie Dehnungsmuster und die Dicke der 3D gedruckten Querschnitte auf einzelnen Flächen zu untersuchen. Eine eigens entwickelte digitale Fertigungsmethode wurde geschaffen, um Präzision und Wiederholbarkeit bei der Herstellung zu gewährleisten. Diese Experimente offenbarten zentrale Zusammenhänge zwischen Materialeigenschaften, Fertigungsmethoden und den resultierenden Geometrien der Teilflächen. Aufbauend auf den Erkenntnissen der Materialexperimente für einzelne Flächen erforscht die Arbeit den innovativen Ansatz, diese „active textile components“ zu einem Gesamt-Flächensystem zu kombinieren. Dabei werden die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Teilflächen und ihr kollektiver Einfluss auf die Geometrie der Gesamtfläche untersucht. Dies ermöglichte die Herstellung einer größeren, digital entworfenen Fläche und demonstrierte das Potenzial für Skalierbarkeit und verbesserte Krümmungssteuerung. Durch den Fokus auf materialgesteuerte Methoden unterstreicht diese Forschung das Potenzial von „programmable materials“ zur schnellen Herstellung komplexer doppelt gekrümmter Flächen. Trotz Einschränkungen hinsichtlich Skalierbarkeit und Materialsteifigkeit ebnen die Ergebnisse den Weg für zukünftige Fortschritte in der Fertigungstechnologie von „active textiles“ und in der Anwendung von „programmable matter“.
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