Robotic Timber Construction - Studie über Robotik-Fertigungsmethoden von computergestützten Holzkonstruktionen

Abstract

Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersDiese Diplomarbeit untersucht die Bedeutung der digitalen Fabrikation und robotische Holzkonstruktionen anhand des historischen Hintergrunds der digitalen Fabrikation. Verschiedene Methoden der digitalen Fertigung werden erforscht, analysiert und aufgrund ihrer Vor- und Nachteile bewertet. Denn seit langer Zeit-CNC-Fräsen oder -Schneiden war bereits in der Industrie im Einsatz und fand seinen Weg in die Architektur. Auch in der Automobilindustrie wurden Roboterarme eingesetzt, die jedoch darauf programmiert waren, ein Leben lang einen Job zu erledigen. Das rechnergestützte Design ermöglichte die Verwendung dieser flexiblen und präzisen Werkzeuge zur Herstellung von Freiformkörpern. Roboterarme haben eine Vielzahl von Vorteilen, wie beispielsweise die Flexibilität in ihrer Bewegung, da sie nicht in einem kubischen Arbeitsraum arbeiten. Neben der Tatsache, dass sie nicht nur an einem Werkzeug befestigt sind, kann der Endeffektor jede Art von Arbeitswerkzeug sein. Der Roboterarm kann jede digitale Fertigungsmethode ausführen, angefangen von der additiven Methode bis zur subtraktiven Methode. Dies hängt vom Endeffektor ab, der am Roboter angebracht ist. Das rechnerische Design ist ein großer Meilenstein, da mit dem Roboterarm komplexe Formen und Geometrien hergestellt werden können. Das natürliche Bauprodukt Holz ist ein Material, das für die rechnergestützte Konstruktion nicht einfach zu handhaben ist, aber Forscher auf der ganzen Welt haben verschiedene neue Methoden zur Herstellung von Robotern erfunden, die die rechnergestützte Konstruktion von Holzprodukten ermöglichen. In dieser Forschungsarbeit werden das rechnergestützte Design von Holzstrukturen und die neuen Methoden der Roboterherstellung analysiert. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird es in Shanghai ein mittelgroßes Designprojekt im M50 Creativity Park mit Bauholz geben. Der Herstellungsprozess wird simuliert und parametrisch ausgelegt.This thesis researches the importance of digital fabrication and robotic timber constructions through analysing the historical background of digital fabrication. Different methods of digital fabrication will be researched and analysed and evaluated due to their advantages and disadvantages. Since a long-term CNC milling or cutting was already in use by industries and found its way to architecture. As well robotic arms were used in the automotive industry, but they were programmed to do one job for a lifetime. The computational design made it possible to use this flexible and precise tools to fabricate freeforms. Robotic arms have a high amount of advantages such as the flexibility in their movement, since they are not working in a cubic working space. As well the fact that they are not just attached to one tool, the end effector can be any kind of working tool. The robotic arm can execute every digital fabrication method started from additive method till to subtractive method, it depends on the end effector which is attached to the robot. The computational design is a huge milestone because of this, complex shapes and geometries can be fabricated with the robotic arm. The natural building product timber is a material which is not easy to manipulate for computational design but researchers around the globe invented different new methods for robotic fabrication which makes the computational design for timber products possible. In this research computational design of timber structures and the new methodologies of robotic fabrication will be analysed and with gained knowledge there will be a mid-scale design project in Shanghai at the M50 Creativity Park with construction timber. The fabrication process will be simulated and designed parametrically.11