ARCH+ 188

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Erschienen in ARCH+ 188,
Seite(n) 58-59

ARCH+ 188

Honigwabenstrukturen

Von Kudless, Andrew

Das Projekt von Andrew Kudless beruht auf der Hypothese, dass sich durch eine algorithmische Formgenerierung, die aus den Logiken und Einschränkungen der Materialisierung abgeleitet ist, die morphologische Vielfältigkeit und performative Kapazität eines industriell gefertigten Systems erheblich steigern lässt. Ein Beispiel für solche regelmäßigen, industriell hergestellten Systeme sind die variantenreich erhältlichen Honigwabenstrukturen, die vielfach Verwendung finden. Aufgrund der produktionsbedingten Einschränkungen und der einheitlichen Zellgröße sind jedoch nur planare, einfach gekrümmte oder gleichmäßig doppelt gekrümmte Oberflächen umsetzbar.

Ziel dieses Projekts ist es, eine Herstellungsstrategie, ein daraus hergeleitetes Entwurfswerkzeug zusammen mit dem entsprechenden Materialsystem zu entwickeln, das im Gegensatz zu den bereits existierenden Honigwabenstrukturen verschiedene Zellformen, -größen, -tiefen und -ausrichtungen zulässt und durch verschiedene Dichte und Durchlässigkeitsgrade eine anpassungsfähige, performative Kapazität erzielt. Als zweites will das Projekt demonstrieren, dass mit einer integralen Methodik der Form- und Materialwerdung die Differenzierung der lokalen Zellgeometrie und des Gesamtsystems mit einfachen Herstellungsverfahren und herkömmlichen Materialen möglich ist, und nicht von exotischen Fertigungsverfahren und Hightech-Materialen abhängt. Die zusätzliche Leistungsfähigkeit solch komplexerer Produktionsmittel könnte dann in weiteren Entwicklungsschritten einem ursprünglich einfachen Systems graduell eingebettet werden.

Entsprechend wurde als Ausgangspunkt des Projekts ein denkbar einfaches, sechseckiges Element aus zwei jeweils viermal gefalteten Pappstreifen gewählt. Die hexagonale Honigwabenzelle besteht dabei nicht aus einem sie beschreibenden Element, sondern ergibt sich aus zwei streifenartigen Bauteilen, die sich aus Plattenmaterial mit einem zweidimensionalen Schneideverfahren fertigen lassen. Um die maßgeblichen Charakteristika dieser Form der Herstellung und das Differenzierungspotenzial des daraus entstehenden Systems für einen rechnergestützten Generierungsprozess erfassen zu können, wurde zunächst eine Vielzahl von Experimenten durchgeführt. Diese sich reziprok beeinflussenden, analogen und digitalen Tests wurden in mehreren Schritten fortentwickelt: durch den laufenden Transfer der digital erzeugten, dreidimensionalen Systemgeometrie in zweidimensionale Schnittmuster, den Zuschnitt der Materialstreifen und der Konstruktion dreidimensionaler Modelle sowie dem Einbetten der dabei gewonnenen Erkenntnisse in das Rechnermodell.

Das Hauptaugenmerk der Untersuchungen lag auf der wechselseitigen Beziehung zwischen der Gesamtform und der Zellstruktur, auf den spezifischen Materialeigenschaften, wie z.B. dem maximalen Faltwinkel der Pappe, und darauf, die Einschränkungen eines zweidimensionalen Schneideverfahrens parametrisch zu erfassen. Daraufhin wurden diese wechselseitigen Beziehungen in einem algorithmischen Verfahren zusammengefasst, das eine Honigwabenstruktur in mehreren Schritten erzeugt. Hierbei kann die Formgenerierung durch material- oder herstellungsbedingte Kennwerte variiert und durch geometrische Parameter differenziert werden. Dieser generative Prozess zur Definition und Herstellung einer Zellstruktur wurde an einem vollmaßstäblichen Prototyp getestet, der durch die Raumgegebenheiten, das erforderlichen Tragverhalten, das zu verwendende Material und das in der Fertigung eingesetzte Laserschneidgerät definiert ist.

Die eigentliche Zellstruktur der acht Meter langen Konstruktion definiert dabei der Algorithmus als geknickte, sich überlappende Streifenelemente, deren Schnittmuster automatisch abgewickelt, gekennzeichnet und auf dem virtuellen Schneidefeld des Lasers angeordnet werden. Die Größe des zu verwendenden Laserschneidgerätes und die damit einhergehende Längeneinschränkung der Streifenelemente wird bereits in der Formgenerierung des Systems berücksichtigt. Dies führt dazu, dass die Gesamtstruktur aus mehreren Segmenten besteht, die vorgefertigt und vor Ort zusammengesetzt werden.

Der fertige Prototyp besteht aus recycelter Pappe, ist jedoch aufgrund der genauen geometrischen Definition und zweier Zellschichten mit gegenläufiger Zellausrichtung, welche die typische Scherung unterbinden, ausgesprochen tragfähig und kostengünstig. Darüber hinaus belegt der Prototyp, dass durch das aus einem integrierenden Formgenerierungs- und Materialisierungsansatz hervorgehende algorithmische Entwurfswerkzeug es tatsächlich ermöglicht, ein neuartiges Wabensystem zu generieren und zu produzieren. Mit diesem Wabensystem können sowohl die lokale Morphologie wie Größe, Tiefe und Ausrichtung der Zellen als auch die Gesamtform differenziert werden. Es entstehen je unterschiedliche Stabilitäts-, Dichte- und Durchlässigkeitsgrade des Systems, die mit unterschiedlichen räumlichen und performativen Anforderungen korrespondieren.

Der Prototyp demonstriert auch, dass die Fortentwicklung und Differenzierung bestehender Systeme nicht notwendigerweise einen hochtechnologischen Ansatz mit neuartigen Produktionsmethoden und Materialien erfordert. Sowohl das hier zur Verwendung gekommene Material, nämlich einfache Pappe, als auch das Herstellungsverfahren, das ja lediglich aus Schneiden und Falten besteht, sind relativ herkömmlich. Die Neuartigkeit ergibt sich nicht aus diesen singulären Aspekten, sondern aus der Entwurfsmethodik, die die Formwerdung und Materialisierung zusammenführt.

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