Bild: Kristina Balusikova
Glut aus sieben Achsen

Das Online-Wörterbuch Latein-Deutsch übersetzt es mit ,Hitze‘, ,Glut‘, ,Schwüle‘. Poetisch lässt Pons auch die Übertragung ,Sommerhitze‘ zu. Während sich mancher nun sofort an den vergangenen Sommer erinnert fühlt, steckt hinter ,Aestus‘ aber etwas ganz anderes.

 

Aestus heißt eine Serie hölzerner Vasen, die mit einem Siebenachsroboter durch dreidimensionales Fräsen gefertigt werden. Das Design ist das erste Produkt des Architektur- und Holzkonstruktionsforschers Oliver David Krieg, der seit fast zehn Jahren an der Schnittstelle von Material, Fertigungstechniken und digitalen Entwurfsmethoden forscht. Obwohl seine Arbeit normalerweise im größeren Architekturmaßstab Anwendung findet, ist immer wieder die enge Verknüpfung von Herstellungstechnik und resultierender Oberflächenästhetik Thema. Die Vasen spielen mit eben dieser Verknüpfung und sind zugleich ein Beispiel für die Möglichkeiten computerbasierter Entwurfsmethoden.

 

Möglichkeiten von Fertigungstechniken untersuchen


Krieg war sechs Jahre wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung an der Universität Stuttgart. Seit Anfang 2018 ist er Leiter der Technischen Entwicklung (Director of Technology) im Architekturbüro und Tech-Start-Up LWPAC+IC in Vancouver/Kanada. Sein 2018 gegründetes Designlabel odk.design nutzt er als explorative Plattform, um in der Welt des Designs die Möglichkeiten innovativer Fertigungstechniken zu untersuchen. Für die Fertigung der Aestus-Vasen unterstützt ihn die Georg Ackermann GmbH nahe Würzburg, die selbst einen Industrieroboter betreibt.

 

Entwicklung neuer Bearbeitungsmethoden


In seiner Forschung beschäftigt sich Krieg viel mit den Möglichkeiten von Industrierobotern für die Bearbeitung von Holz. Vor allem in der Architektur und der Baufertigung ist momentan eine Entwicklung prozessspezifischer CNC-Maschinen hin zu vielfältiger einsetzbaren Maschinen wie dem Industrieroboter zu beobachten. Weil deren Anwendung erst durch die Steuerungssoftware und das Werkzeug, den sogenannten Effektor, spezifisch wird, bieten Industrieroboter wesentlich umfangreichere und flexiblere Einsatzmöglichkeiten als die meisten CNC-Maschinen. Der Möglichkeitsraum der robotischen Bearbeitung von Holz lädt zur Entwicklung neuer Bearbeitungsmethoden ein, die außerhalb des Bereichs aktueller CNC-Technologien liegen.


Der Nachteil liegt im Moment noch immer in der Steuerung und Anwendung. Da Industrieroboter eine relativ komplexe Kinematik haben und nicht allein für Fräsanwendungen entwickelt wurden, hat der Einstieg in die Programmierung und Nutzung im Bereich der Holzbearbeitung eine höhere Hemmschwelle. Die Möglichkeiten vor allem für komplexere Bearbeitungen sind aber sehr vielgestaltig: So können auch größere Objekte von allen Seiten und mit sehr flachem Anstellwinkel fräsend bearbeitet werden. Die Erfahrungen einiger Schreinereien zeigen, dass der Roboter durchaus zum Einsatz kommen kann, wenn einmal ein Workflow firmenintern ausgearbeitet ist.

 

Werkzeug arbeitet mit beliebigem Anstellwinkel


Das Design der Aestus-Vasen basiert nicht nur auf der Bearbeitung von allen Seiten, sondern auch auf der Möglichkeit, das Fräswerkzeug in beliebigem Anstellwinkel zu führen. Die Rillen, die spiralförmig am Vasenkörper entlang von oben nach unten verlaufen, werden mit einem Radiusschaftfräser gefräst. Das Werkzeug hat einen Schneidendurchmesser von 50 und einen Gesamtdurchmesser von 150 mm. Je nachdem, in welchem Winkel der Roboter das Werkzeug durch das Material bewegt, kann der resultierende Durchmesser der Rillen graduell verändert werden. Dadurch ist es möglich, dass die Rillen am Bauch der Vase wesentlich größer sind als an der Öffnung.


Bevor die Vasen vom Roboter bearbeitet werden können, werden bis zu 62 Lagen kreisförmig ausgeschnittenes Buchensperrholz auf einen Edelstahlzylinder aufgefädelt und zu einem Block laminiert. Die Lagen wurden im Voraus so ausgeschnitten, dass die resultierende Rohvase nur wenige Millimeter größer ist. Der Roboter fräst anschließend zehn bis 15 mm der Rohvase ab. Eine der größten Herausforderungen besteht hierbei darin, die bis zu 110 cm hohen Vasen so zu befestigen, dass beim Fräsen keine Vibrationen auftreten. Hierzu wurde eine Stahlaufspannung entwickelt, die Vase und Drehteller des Roboters stabil verbindet.

 

Roboter wird zum Entwerfenden


Das Design der Vase ist das direkte Resultat der Fräsbearbeitung. Die Maschine wird dadurch sozusagen zum Entwurfswerkzeug. Entsprechend ist es nicht möglich, die Vasen am Computer zu entwerfen ohne die eigentliche Bearbeitung gleichzeitig zu simulieren und das Abtragen des Materials zu berechnen. Um die Breite der Rillen und die Formen der Vasen aus ästhetischer Sicht zu untersuchen, wurden eigens dafür programmierte Algorithmen verwendet. Die Software Mcneel Rhinoceros und das Programmierplugin Grasshopper wurden hierfür verwendet. Letzteres erlaubt es, die Geometrie der Vasen parametrisch zu definieren. Dadurch kann eine Vielzahl an Formen mit der gleichen Logik generiert werden.


Der Prozess ist dabei immer der gleiche: Eine grobe Vasenform wird mit Fräspfaden belegt, die dann anhand der Werkzeugdaten den Materialabtrag simulieren und das Resultat visuell ausgeben. Gleichzeitig kann der Algorithmus die Erzeugung des Maschinencodes steuern. So entsteht ein nahtloser Workflow von den ersten Designskizzen bis zur Robotersimulation und dem Robotercode. Dieser unterscheidet sich nicht allzu sehr vom normalen NC-Code, da er ähnlich formatiert ist und nur zusätzliche Informationen für die sieben Achsen der Roboteranlage beinhaltet.


Der direkte Übergang vom Design zur Fertigung ist in vielerlei Hinsicht vorteilhaft. Nicht nur lassen sich dadurch auch bei üblichen Prozessen in der Werkstatt Probleme oder Einschränkungen frühzeitig erkennen, es kann zudem direkt maschinenspezifisch entworfen werden. Im Fall von Aestus wird die Maschine sogar zur Entwerfenden.


www.odk.design


www.ackermanngmbh.de

 

 

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