Netzwerktreffen 10.03.2023 – Vorstellung des neuen Forschungsgebäudes

Über die Vorträge

Integratives Planen und Bau eines Interdisziplinären Forschungsprojekts, Monika Göbel

Die von Forscherinnen und Forschern des Exzellenzclusters IntCDC der Universität Stuttgart konzipierte segmentierte Holzkonstruktion aus Hohlkassetten, wurde nun erstmals in einem geschlossenen Gebäude angewandt.

Die Hülle integriert Akustikelemente in den Hohlkassetten, adaptive, feuchte- und wärmegesteuerte Verschattungsklappen und eine aktivierte Bodenplatte aus Recyclingbeton, die das Gebäude mit Erdwärme aus unterirdischen Kollektoren versorgt.

Grundlage der Zusammenarbeit bei der Umsetzung des Forschungsgebäude war, dass neuartige Baukonstruktionen und Bautechnologien zum Einsatz kommen, die über die anerkannten Regeln der Technik hinausgehen.

Die Implementierung dieser neuartigen Ansätze der Bauforschung und deren Überführung in ein ganzjährig nutzbares Gebäude war eine der Herausforderungen bei der Realisierung des Kooperationsprojekts „livMatS Biomimetic Shell @ FIT“.

Robotic Manufacturing: Entirely Digitally Controlled Production of Integrative, High-Precision Building Components

The prefabricated hollow cassettes of the livMatS Biomimetic Shell required the integration of acoustic elements, lighting, insulation, facade connections and grip holes for automated assembly. The resulting high level of complexity in component geometries and -buildup was addressed with an entirely digitally controlled manufacturing process.

The heart of the fabrication was a transportable 7-axis robot platform, which allowed seamless integration of the modular fabrication setup in müllerbaustein HolzBauWerke GmbH's workshop within a few hours. The 12m-long robot unit enabled the simultaneous production of four components with lengths of up to 3.5 meters. A total of 127 individual hollow cassettes were assembled and glued from pre-formatted timber parts and subsequently milled, drilled and finally formatted with submillimeter accuracy by means of a large sawblade attached to the industrial robot arm. Manual assembly steps of special components such as lighting or insulation were supported by augmented reality and fully integrated into the digitally controlled production process. The accurate task distribution between multiple actors in one shared digital process chain allowed for a flexible and time-efficient production of complex, integrative components with very high precision requirements.

Semi-automatisierte Montage von Holzgebäuden mit Großraummanipulatoren, Anja Lauer

Im Rahmen des Holzgebäudes „livMats Biomimetic Shell @ FIT“ wurde an der automatisierten Montage von Bauteilen auf einer Baustelle geforscht. Erstmals wurden zwei Montageplattform-Prototypen entwickelt und auf einer echten Baustelle eingesetzt. Prototyp A nimmt automatisiert Bauteile auf und platziert sie, während Prototyp B mit einem eigens entwickelten und patentierten Schraubeffektor die Holzbauteile festschraubt.

Solar Gate: Bioinspirierter und biobasierter 4D-Druck – intelligente Null-Energie-Beschattung, Tiffany Cheng

Das Ziel des Solar Gate ist es, das Innenraumklima der biomimetischen Hülle livMatS zu regulieren, indem es das Innere im Sommer vor hohen Wärmelasten abschirmt und im Winter Wärmeenergie in das Gebäude eindringen lässt. Durch die integrierte Entwicklung von hygroskopischen Zellulosematerialien, bioinspirierter additiver Fertigung und dem Design von 4D-gedruckten Beschattungselementen im Kontext der Umwelt- und Standortbedingungen passt sich das Fassadensystem passiv an die täglichen und saisonalen Wetterzyklen an. Als erstes wirklich 4D-gedrucktes, wetterabhängiges, adaptives Beschattungssystem stellt das Solar Gate einen Schritt in Richtung einer nachhaltigeren, ressourceneffizienten und energieautarken Lösung zur Regulierung des Komforts in unserer gebauten Umwelt dar.

 

Über die Rednerinnen

Monika Göbel ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), Universität Stuttgart. Sie ist eingetragene Architektin in Deutschland und hat einen Master of Science von der Columbia University, New York und einen Diplom-Ingenieur-Abschluss (Dipl.-Ing. FH) von der Fachhochschule Kiel, Deutschland.

Bevor sie zum ICD kam, sammelte Monika berufliche Erfahrungen als Architektin und Projektmanagerin in verschiedenen Architekturprojekten und managend auch die Bauprojekte am IntCDC – Beispielsweise das „livMatS Biomimetic Shell @ FIT“.

Nils Opgenorth Vita

Anja Lauer ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Systemdynamik (ISIYS), Universität Stuttgart und hat ihr Masterstudium „Mechanical Engineering“ an der Toyohashi University of Technology in Japan absolviert. Parallel dazu hat sie an der Universität Stuttgart mit dem Masterstudium „Technische Kybernetik“ als Doppelmaster abgeschlossen. Im Rahmen des Exzellenzclusters IntCDC forscht sie im Bereich der Großraumrobotik zu Cyber-Physischen Systemen für die Baustellenmontage von weit gespannten Tragwerken mittels Spinnenkran.

Tiffany Cheng ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), Universität Stuttgart. Sie kommt aus Taiwan und bringt einen Hintergrund aus Architektur und Roboterherstellung mit.

Tiffany hat einen Master in Design Studies mit Schwerpunkt Technologie von der Graduate School of Design of Harvard University. Zuvor schloss sie ihr Studium mit einem Bachelor of Architecture (USC School of Cinematic Arts) ab. Ihre Forschung am ICD zielt darauf ab, das Wissen über 4D-gedruckte, selbstformende und reaktionsfähige Materialsysteme zu erweitern und die ergänzenden Hardware- und Software-Tools zu entwickeln, mit denen diese hergestellt werden.

 

Über die Partner

Die Universität Stuttgart richtete 2019 den Exzellenzcluster Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC) ein. Mit einer Förderdauer von zunächst sieben Jahren ist ein Exzellenzcluster die bedeutendste und umfangreichste Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Erstmals wird ein Exzellenzcluster im Bereich der
Architektur vergeben. Er wird dazu beitragen, ein international sichtbares Forschungszentrum zu etablieren. Weitere Informationen.

Die Vision des Exzellenzclusters Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) ist, das Beste aus zwei Welten – der Natur und der Technik – zu verbinden. livMatS entwickelt lebensähnliche Materialsysteme, die von der Natur inspiriert sind. Die Systeme werden sich autonom an Umweltbedingungen anpassen, saubere Energie aus ihrer Umgebung gewinnen und unempfindlich gegen Beschädigungen sein oder diese selbstständig ausgleichen. Weitere Informationen.