案例研究:机器人制造抽象建筑立面

抽象的形状是制造的一大挑战。但是，它们在建筑中变得越来越普遍。

建筑师如何摆脱传统建筑方法的限制?

一个研究小组利用RoboDK和Grasshopper找到了一个巧妙的方法。

在建筑世界中，易于制造的形状传统上是由规则的直线组成的。这就是为什么建筑倾向于采用光滑的垂直立面，从一座建筑到另一座建筑的变化很小。

但是，时代在变。

最近，建筑师们发现了更巧妙的方法来摆脱传统建筑方法的限制。我们现在越来越熟悉那些形状奇特、外观有趣、变化多端的建筑。

建筑的立面(它的正面外观)是创造这些有趣形状的关键。但是，以一种快速且具有成本效益的方式制造复杂的立面可能很困难。

这正是一个研究团队用RoboDK解决的问题。

介绍…建筑围护结构研究小组

的建筑围护结构研究小组(BERG)总部位于德国Köthen的安哈尔特应用科学大学。

BERG的主要重点是用新的和创新的制造方法扩大“建筑围护结构的范围”，着眼于材料、建筑技术、技术和能源。他们目前的研究项目包括创造自给自足的通风系统的方法，以及可弯曲的声学面板的开发。

这个小组联系了我们，因为他们在一个研究项目中使用RoboDK。

该项目使用了一种有趣的机器人制造方法来为抽象的混凝土立面创建形式。

为什么抽象立面难以制作

很多不同的材料可以用来创建一个建筑立面。常见的选择包括木材、金属、石头和砖石。然而，最通用的选择之一是具体的。

混凝土比其他材料有优势，因为它便宜，耐磨，适应性极强。当它以液体形式开始时，你可以创造出几乎任何你能想象到的形状，只要你有办法保持湿混凝土凝固时的形状。

因此，挑战来自于创造形式来保持混凝土立面面板的形状。如果你想用混凝土创造有趣的抽象形状，你需要创造同样有趣的抽象形式，能够支撑潮湿的混凝土。

创建此类表单的常用选项包括

• 用木头、橡胶或金属制作模具的。
• 使用带有驱动器和薄膜的柔性工作台来改变其形状。
• 用数控机床将泡沫或塑料磨成形状。

这些都是很好的选择，但它们可能很昂贵，需要很长时间来创建。例如，灵活的桌子可以快速地重新配置成新的形状，但前期的机器成本非常高。CNC研磨泡沫需要5-10小时来创建，并且在需要重新制作之前只能重复使用5-10次。

为什么要使用抽象立面?

你可能想知道为什么我们要为建筑创造抽象的立面。

当然，主要原因是美观——它们看起来不错。然而，现代立面并不都是关于美学的。立面的设计也可以提高建筑物的可持续发展能力．

正如BERG团队在他们的项目中所展示的那样，立面也是测试新制造技术的好地方。

该项目:为纤维增强混凝土创建抽象形式

该团队决定使用机器人制造为混凝土创建聚苯乙烯泡沫塑料模具，并使用玻璃纤维加强。

机器人使用一根热电线切割泡沫聚苯乙烯块，并通过RoboDK编程。

为了处理抽象形状，他们选择了CAD包Rhino，因为它具有参数化建模功能。参数化建模允许设计师轻松地创建以前无法想象的结构，因此经常被建筑师使用。我们在前面的文章中讨论了在RoboDK中使用Rhino的好处你可以用Rhino和RoboDK做6件惊人的事情．

他们首先在Rhino(及其算法建模器Grasshopper)中设计了自己的CAD模型，然后使用了RoboDK犀牛插件把这些设计直接发给他们的机器人。

由于BERG的团队主要专注于材料性能，因此该研究项目的一个主要部分涉及测试混凝土以这种方式形成后的结构性能。

一个重要的特性是表面光洁度。他们发现，可以通过改变机器人移动的速度来改变表面光洁度的细节。较慢的速度导致表面更光滑。

机器人设置

该团队使用的机器人硬件如下:

• 机器人:库卡KR 16-2六轴工业机器人。
• 终端执行器:一种金属装置，上面装有一根热电线来切割泡沫塑料。
• 表:泡沫聚苯乙烯块被固定在桌子上，确保它在切割操作期间不会移动。
• 编程设置:Rhino及Grasshopper的CAD设计及结构(有限元分析)分析，通过插件连接到RoboDK。

使用机器人制造的泡沫聚苯乙烯外墙的好处

与更标准的混凝土立面制造方法相比，该团队发现他们的方法有几个优点。

这些包括:

1. 〇更便宜这种方法的前期成本比其他形式的生产方法要低。例如，CNC铣削表格的成本高达每平方米400欧元。采用这种方法，成本仅为每平方米30欧元。
2. 它更快——创建表单的时间只有1个小时。对于其他类型的制造形式，它需要2-10个小时来创建。唯一更快的选择是使用昂贵的灵活桌子。
3. 它很灵活——与其他选择不同，这种方法的唯一限制是机器人的可及性和切割线的尺寸。这增加了该方法的灵活性。

想了解更多关于这个项目的信息，看看他们的研究论文．

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