Thermoplastic Shapewinding
Konzept
Roboter zur Extrusion verschiedener Materialien zu nutzen ist eine gängige Methode zur additiven Fertigung. Meist wird dabei ein Extruder am Roboterarm befestigt und wie bei vielen Methoden des 3D-Druck eine Form aus einzelnen Schichten extrudiert.
Thermoplastic Shape-winding erschließt eine neue Methode um 3-dimensionale Formen zu erstellen. Ein fest stehender Extruder extrudiert geschmolzenes Plastik auf eine vom Roboter bewegte Grundform. Dadurch können auch sehr große Extruder verwendet werden, da Größe und Gewicht nicht von der Traglast des Roboters abhängen. Obwohl die Grundform die Dreidimensionale Ausprägung des Endprodukts bestimmt, können durch Variation der Bewegungskurven auf der Oberfläche eine Vielzahl verschiedener Formen erstellt werden.
Umsetzung
Das Projekt erforscht einen Herstellungsprozess für die digitale Fertigung dreidimensionaler Objekte. Der Prozess lässt sich in 3 Stufen unterteilen:
- Automatisches erstellen einer 3D-Form mithilfe eines generativen Algorithmus
- Übersetzung der Form in Bewegungspfade für die Herstellung durch den Roboter
- Herstellung der Form mithilfe eines Roboters und einem Extruder
Generative Formgebung
Ein digitaler Herstellungsprozess ermöglicht es eine Vielzahl verschiedener Endprodukte her zu stellen ohne den Prozess für jede Veränderung manuell anpassen zu müssen. Veränderungen des Input werden automatisch auf alle Aspekte des Prozesses übertragen. Anstatt ein Fertiges Produkt zu entwerfen, ist die Aufgaben des Designers dann ein Programm zu schreiben, das selbständig Lösungen innerhalb des verfügbaren "Design-Space" findet und evaluiert.
Das Programm, welches in diesem Fall Formen Generiert ist sehr simpel:
Ein zufälliger Kreisausschnitt wird erstellt, anschließend der Radius verändert und ein weiterer Kreisbogen generiert. Nach einer zufällig gewählten Anzahl Kreisbögen ist die Grundstruktur fertig. Anhand von Parametern in der Grasshopper-Definition können die möglichen Längen und Abstände der Kreisbögen beeinflusst werden. Schon kleine Änderungen in den möglichen Werten können die Ergebnisse stark Verändern.
Die 2-dimensionale Form aus Linien und Kreisbögen wird anschließend auf eine Halbkugel projeziert, wodurch eine 3-dimensionale Form entsteht.
Trotz des simplen Algorithmus entsteht eine große Varianz zwischen den generierten Grundformen.
Hier gäbe es auch die Möglichkeit die entstandenen Formen automatisch zu evaluieren. Werte wie, Stabilität, Materialverbrauch und geschätzte Herstellungszeit könnten die Auswahl des Endprodukts aus der Menge an möglichen Formen vereinfachen.
Übersetzung: Form-Herstellungsprozess
Die im vorherigen Schritt generierte Form besteht zunächst nur aus 3-dimensionalen Linien. Weiter Schritte sind nötig um diese Linien in Roboterbewegungen umzuwandeln.
Herstellung
Die SImulierte Roboterbewegung wurde via Ethernet-Schnittstelle direkt vin Grasshopper an den Universal Robot gesendet.
Digitale Simulationen und Abläufe in die reale Welt zu übersetzen ist eine der Haupt-Schwierigkeiten in der digitalen Fertigung. Viele unerwartete Probleme verdeutlichen die Unterschiede zwischen den Digitalen Modellen und der Wirklichkeit.
Eine Hürde war die Konstruktion eines verlässlichen Extruders. Probleme mit der Extrusion erschweren die Herstellung präziser Formen und lassen das Endergebnis stark von der Geplanten Form abweichen.
