3-D-strikkede skaller sparer på byggematerialer og tid

Med blot et tryk på en knap, ETH-forskere strikker et tekstil, der fungerer som det primære formelement for buede betonskaller. Nu har de brugt den nye teknologi til at skabe en fem tons betonkonstruktion til en udstilling i Mexico City.

Hjertet af den fire meter høje buede betonskal er strikket. Strukturens forskalling er et tekstil understøttet af et stålkabelnet. Prototypen KnitCandela markerer den første anvendelse, som denne teknologi bliver brugt i arkitektonisk skala. Strukturen er en hyldest til den spansk-mexicanske arkitekt Felix Candela (1910-1997) og et samarbejde med Zaha Hadid Architects Computation and Design Group (ZHCODE), og Arkitektur Ekstrapoleret (R-Ex).

En forskalling på 55 kilo til 5 tons beton

Teknologien er udviklet på ETH Zürich. Efter et digitalt genereret mønster, en industriel strikkemaskine producerede forskalling af forskallingen til skalstrukturen:på 36 timer, den strikkede en fuldt formet, dobbeltlags 3-D tekstil bestående af fire lange strimler. Det nederste lag danner det synlige loft – en designet overflade med et farverigt mønster. Det øverste lag indeholder ærmer til forskallingssystemets kabler og lommer til simple balloner, hvilken, efter at hele strukturen er belagt med beton, bliver hulrum, der hjælper med at spare på materialer og vægt. Fremstilling af en forskalling til en sådan geometrisk kompleks struktur ved anvendelse af konventionelle metoder ville koste væsentligt mere i både tid og materiale.

I museets indre gårdhave, den strikkede forskalling blev spændt mellem en midlertidig afgrænsningsramme og sprøjtet med en specielt formuleret cementblanding. Dette indledende lag var kun et par millimeter tykt, men tilstrækkelig til at skabe en stiv form; når det først stivnede, konventionel fiberarmeret beton blev påført.

Det strikkede stof blev bragt til Mexico City i to kufferter - som normal indchecket bagage. Strikken vejer kun 25 kilo og kabelnettet omkring 30. Spænd i mellem afgrænsningsrammen, de understøttede over 5 tons betonkurver.

Strik er det nye 3-D print

Teknologien bag KnitCandela er udviklet af Mariana Popescu og Lex Reiter som en del af Schweiz' National Center of Competence in Research (NCCR) i Digital Fabrication forskningsprojekt. Mariana Popescu er doktorand hos Philippe Block, Professor i arkitektur og struktur ved ETH Zürich, mens doktorand Lex Reiter studerer hos Robert Flatt, Professor i fysisk kemi af byggematerialer.

Popescus forskning viser, at anvendelse af strikkede tekstiler i arkitektoniske applikationer skærer ned på materialet, arbejdskraft og affald, og forenkler byggeprocessen for komplekse former. Matthias Rippmann, projektleder for KnitCandela og seniorforsker i Block Research Group, siger:"Det tog kun fem uger fra det første arbejde til færdiggørelsen - meget mindre tid, end hvis vi brugte konventionel teknologi."

KnitCandela repræsenterer også en udvikling af det fleksible formesystem udviklet til HiLo-taget:et dobbelt buet, tyndskallet betonstruktur, som Block Research Group udviklede til Empas forsknings- og innovationsbygning NEST i 2017. For KnitCandela, ETH-forskerne producerede den strikkede skal på én gang, hvorimod HiLos skal var lavet af et netværk af stålkabler og et syet tekstil.

Popescu siger:"Strikning giver en vigtig fordel, at vi ikke længere behøver at skabe 3D-former ved at samle forskellige dele. Med det rigtige strikkemønster, vi kan producere en fleksibel forskalling til alle slags skalstrukturer, lommer og kanaler blot ved at trykke på en knap." Til byggebranchen, 3D-print er et stort emne. Philippe Block siger, at i et vist omfang, hans gruppes banebrydende metode er en ny form for 3-D print, "kun det kræver ikke en helt ny slags maskine. En konventionel strikkemaskine vil klare sig fint."