Промышленные роботы способны изменять стандартизированные средства производства в области архитектуры и строительства. Они не только позволяют значительно сэкономить время и средства при изготовлении, но и позволяют подключать цифровые данные проектирования непосредственно к производственному процессу, а также позволяют изготавливать очень сложные компоненты в полном объеме.
В то время как роботы в промышленном контексте, особенно в обрабатывающей промышленности, в основном используются для итеративного повторения идентичных задач, в архитектурном производстве их применение может быть более специфичным для выполнения нестандартных задач.
Такая возможность позволяет создавать действительно настраиваемые и нестандартизированные архитектурные агрегаты с особыми эстетическими и функциональными характеристиками.
Акустика и цифровое изготовление
Акустическое качество помещения является важным критерием восприятия пространства и, как следствие, самочувствия людей, живущих, обучающихся и работающих в нем. Однако большинство акустических процедур происходит после первоначального планирования пространства и проектирования.
Кроме того, существует лишь несколько существующих инструментов проектирования, которые позволили бы архитекторам улучшить акустические характеристики своих проектов путем анализа или моделирования.
Звукоизолирующие поверхности следуют определенным правилам и имеют очень неравномерные геометрические характеристики. Поскольку детализация структуры поверхности и ее пространственная глубина напрямую связаны с частотной полосой рассеиваемого звука, можно точно определить ее.
При наличии цифровых методов проектирования эта информация может быть использована при проектировании и создании ряда уникальных с точки зрения геометрии и акустической эффективности панелей. Внедрение цифровой технологии изготовления таких панелей позволит расширить применение профессиональных акустических решений в офисных помещениях.
На стадии разработки находится промышленно изготовленные полимерные элементы, размер которых определяется необходимой гранулярностью диффузного отражения (типичная частотная область речи человека) и роботизированная сборка этих элементов на акустически активных и индивидуально проектируемых стенах.
Важнейшими критериями при выборе подходящей технологии изготовления были требования к высокой степени автоматизации, использование массового базового блока и критерий массовой настраиваемости. Поэтому особенно важно, чтобы этот процесс был как можно более автономным, быстрым и надежным при минимальном вмешательстве человека.
Роботизированная сборка очень хорошо зарекомендовала себя в промышленно развитом нестандартном производстве архитектурных элементов.
Установка
Производственный процесс разработан в роботизированном подразделении кафедры архитектуры и цифрового производства. Оснащенная KUKA KR 150 на внешней оси длиной 8 метров и большой рабочей платформой, эта среда служила для демонстрации возможности адаптации разработанного рабочего процесса к реализации в полном архитектурном масштабе.
Две основные меры были применены к этой структуре, чтобы адаптировать ее к потребностям проекта.
- Во-первых, на платформу были установлены два специальных приспособления.
- Во-вторых, в сотрудничестве с REHAU, промышленным партнером проекта, был разработан и прикреплен к роботу индивидуальный концевой усилитель.
Этот концевой усилитель имеет несколько характеристик:
- Пневматический захват, который удерживает элемент.
- Сонотрод, который сваривает детали вместе.
- Пневматический цилиндр, который опускает и поднимает сонотрод после установки.
- Клапан, который позволяет задать величину давления, приложенного к сонотроду во время сварки.
- Блок управления, который будет контролировать переключение необходимых клапанов.
Акустический кирпич
Выбор литья под давлением в качестве способа изготовления акустических элементов позволил разработать специальную конструкцию, так называемый "Акустический кирпич". Этот кирпич состоит из основного корпуса и дополнительной вставки. Размеры были определены на основе ранее определенных правил проектирования. Гряды на внутренней стороне полости основного корпуса позволяют роботу однозначно разместить вставной элемент вдоль оси детали.
Процесс сборки
Важнейший производственный процесс основан на стандартном процессе подбора и укладки. Робот выбирает элемент из матрицы пикирующих станций для хранения каждого уникального элемента: регулярные детали с прозрачными вставками, регулярные детали с непрозрачными вставками, краевые детали с прозрачными вставками и краевые детали с непрозрачными вставками.
Затем он перемещается по параллельной траектории, позволяя фиксированному стержню толкать вставку в правильное положение. Затем он позиционирует элемент в предназначенном для него месте в агрегате и инициирует процесс сварки, соединяя элемент двумя сварными швами с соседями.
Программное обеспечение
Библиотека скриптов разработана с использованием Grasshopper для Rhino 5, в частности, благодаря возможности предварительного просмотра геометрии дизайна с минимальным временем обработки. Функциональность цветопередачи была разработана с использованием собственной системы Windows.
Важным достижением в разработке вычислительных средств проектирования стало использование известных акустических правил для прогнозирования относительных акустических характеристик прототипов. Это достигается посредством итерационного повторного отбора проб - процесса, который измеряет акустическую глубину любого образца, где акустическая глубина определяется как разница в глубине между самой глубокой и самой мелкой вставкой вдоль оси сдвига.
Этот проект демонстрирует целесообразность использования робототехники для изготовления акустических перфорационных стен с высокой степенью гибкости. Благодаря формальным параметрам, которые оказывают значительное влияние на акустику пространства посредством диффузии, в частности, дифференцированной и апериодической глубины поверхности, была разработана система на основе простой трансляционной степени свободы блока и вторичной вставки.
Такой маневр при наличии уникального расположения, подразумеваемого в роботизированном технологическом процессе производства аддитивной сборки, имеет широкий диапазон дизайнерских и архитектурных возможностей.