Roboter kooperieren für Holzbau im NEST
Oben: Visualisierung der Unit DFAB HOUSE auf dem modularen Forschungs- und Innovationsgebäude NEST der Empa und Eawag in Dübendorf. Unten: Die beiden kooperierenden Roboter ordnen die Holzbalken gemäss Computerentwurf präzise im Raum an, ohne einander dabei in die Quere zu kommen.
Bilder © NFS Digitale Fabrikation, September 2017 (oben) | © NFS Digitale Fabrikation/Roman Keller
Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes ‹Digitale Fabrikation› haben Forschende der Professur für Architektur und Digitale Fabrikation der ETH Zürich in Zusammenarbeit mit Erne AG Holzbau ein neues digitales Holzbauverfahren unter dem Namen ‹Spatial Timber Assemblies› entwickelt. Es erweitert die Möglichkeiten der traditionellen Holzrahmenbauweise, indem es erlaubt, geometrisch komplexe Holzmodule effizient zu realisieren.
In einem ersten Schritt nimmt ein Roboter einen Holzbalken auf und führt ihn einer Säge für den Zuschnitt zu. Nach einem automatisierten Werkzeugwechsel bohrt ein zweiter Roboter die erforderlichen Löcher für die Anschlüsse zu den verbindenden Balken vor. Abschliessend kooperieren die beiden Roboter und ordnen die Balken gemäss Computerentwurf präzise im Raum an.
Mit unbestechlicher Präzision
Die Informationen darüber, wie die Holzbalken zugeschnitten und angeordnet werden müssen, beziehen die Roboter aus einem computergestützten Gestaltungsmodell. Dieses wurde eigens ihm Rahmen des Projektes entwickelt und hat auf Basis verschiedener Eingabeparameter eine Geometrie aus insgesamt 487 Holzbalken generiert.
Damit es beim Positionieren der einzelnen Holzbalken nicht zu Kollisionen kommt, haben die Forschenden einen Algorithmus entwickelt, der den Bewegungspfad für die Roboter anhand des Baufortschritts fortlaufend neu berechnet. Handwerker verschrauben die Balken anschliessend manuell.
Nachhaltiger und individueller bauen
Im Gegensatz zur traditionellen Holzrahmenbauweise kann bei ‹Spatial Timber Assemblies› auf Verstärkungsplatten zur Aussteifung verzichtet werden, denn die erforderliche Steifigkeit und Tragfähigkeit resultiert aus der geometrischen Anordnung. Das spart nicht nur Material, sondern eröffnet auch gestalterisch neue Möglichkeiten.
Insgesamt sechs räumliche, geometrisch individuelle Holzmodule werden auf diese Weise erstmals vorfabriziert. Lastwagen bringen sie dann auf die Baustelle des DFAB HOUSE auf dem NEST in Dübendorf, wo sie zu einer doppelstöckigen Wohneinheit mit einer Fläche von mehr als 100 m2 zusammengefügt werden. Die komplexe Geometrie des Holzbaus wird dereinst hinter einer lichtdurchlässigen Membranfassade sichtbar bleiben.
Integrierte digitale Bauweise
Dass bei ‹Spatial Timber Assemblies› nicht nur digital fabriziert, sondern auch so entworfen und geplant wird, ist für Matthias Kohler, Professor für Architektur und Digitale Fabrikation an der ETH Zürich und Projektinitiant des DFAB HOUSE, ein entscheidender Vorteil.
‹Verändert sich etwas im Gesamtprojekt, kann das Computermodell laufend an die neuen Anforderungen angepasst werden. Diese integrierte digitale Bauweise überwindet die Distanz zwischen Entwurf, Planung und Ausführung›, sagt Kohler.
Link www.empa.ch/de/web/nest/digital-fabrication
