I robot collaborano nelle costruzioni in legno
I ricercatori dell'ETH di Zurigo stanno trasferendo per la prima volta un nuovo metodo di costruzione digitale in legno dalla ricerca alla pratica. I moduli portanti in legno prefabbricati da robot vengono utilizzati nei due piani superiori del progetto di costruzione DFAB HOUSE.
La digitalizzazione ha fatto il suo ingresso nelle costruzioni in legno: Interi elementi edilizi vengono già prodotti con sistemi computerizzati. Sebbene la materia prima venga tagliata a misura dalle macchine, di solito viene assemblata manualmente in un telaio piatto. Finora, questo processo di produzione ha limitato fortemente la libertà geometrica di progettazione.
Nell'ambito del polo di ricerca nazionale (PRN) Digital Fabrication, i ricercatori della cattedra di architettura e fabbricazione digitale dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato un nuovo processo di costruzione digitale in legno. Questo processo amplia le possibilità della costruzione tradizionale di strutture in legno, consentendo di realizzare in modo efficiente moduli in legno geometricamente complessi. Spatial Timber Assemblies è stato sviluppato in stretta collaborazione con Erne AG costruzioni in legno e viene utilizzato per la prima volta nella DFAB HOUSE nell'edificio di ricerca e innovazione NEST di Empa e Eawag a Dübendorf. È anche la prima volta che un progetto architettonico di grandi dimensioni viene realizzato con i robot da costruzione del nuovo Robotic Fabrication Laboratory dell'ETH di Zurigo.
Con precisione robotica
In una prima fase, un robot preleva una trave di legno e la passa a una sega per il taglio. Dopo un cambio automatico degli utensili, un secondo robot prefora i fori necessari per le connessioni alle travi di collegamento. Infine, i due robot cooperano e dispongono le travi con precisione nella stanza secondo il progetto del computer. Per evitare collisioni durante il posizionamento delle singole travi di legno, i ricercatori hanno sviluppato un algoritmo che ricalcola continuamente il percorso di movimento dei robot in base all'avanzamento dei lavori di costruzione. Gli artigiani avvitano poi le travi manualmente.
Umwelt und Geomatik: costruire in modo più sostenibile e individuale
A differenza delle tradizionali costruzioni a telaio in legno, gli Spatial Timber Assemblies non necessitano di pannelli di rinforzo per l'irrigidimento, poiché la rigidità e la capacità portante richieste derivano dalla disposizione geometrica. In questo modo non solo si risparmia materiale, ma si aprono anche nuove possibilità di progettazione. Per la prima volta vengono prefabbricati in questo modo sei moduli spaziali in legno geometricamente personalizzati. Gli autocarri li trasporteranno poi al cantiere DFAB HOUSE del NEST di Dübendorf, dove saranno assemblati in un'unità abitativa a due piani con una superficie di oltre 100 m². La complessa geometria delle costruzioni in legno rimarrà un giorno visibile dietro una facciata a membrana traslucida.
Costruzione digitale integrata
I robot ottengono le informazioni su come le travi di legno devono essere tagliate e disposte da un modello di progettazione assistita dal computer. Questo è stato sviluppato appositamente per il progetto e ha generato una geometria da un totale di 487 travi di legno in base a diversi parametri di input.
Per Matthias Kohler, professore di architettura e fabbricazione digitale presso l'ETH di Zurigo e promotore del progetto DFAB HOUSE, il fatto che Spatial Timber Assemblies non sia solo fabbricato digitalmente, ma anche progettato e pianificato, è un vantaggio decisivo: "Se qualcosa cambia nel progetto complessivo, il modello computerizzato può essere continuamente adattato ai nuovi requisiti. Questo metodo di costruzione digitale integrato supera la distanza tra progettazione, pianificazione ed esecuzione".
Lo scambio di conoscenze come ricetta per il successo
L'ETH di Zurigo ha già collaborato con successo con Erne AG costruzioni in legno per la realizzazione del tetto in legno robotizzato dell'Arch_Tech_Lab nel Campus Hönggerberg. Come parte di Spatial Timber Assemblies, l'esperienza dell'azienda nelle costruzioni in legno viene ora nuovamente integrata nella ricerca dell'ETH.
Kohler è convinto dell'effetto sinergico di questa collaborazione: "La fabbricazione digitale si basa sull'enorme quantità di conoscenze che risiedono nell'artigianato. Al contrario, la digitalizzazione può valorizzare l'artigianato e aprire nuove possibilità". Il fatto che le discipline scientifiche lavorino fianco a fianco con l'industria è fondamentale anche per il trasferimento delle tecnologie alle applicazioni architettoniche in tempi così brevi, afferma Kohler.
DFAB HOUSE - Digitally designed, planned und Geomatik - Casa progettata, progettata e costruita digitalmente.
Insieme a partner industriali, otto cattedre dell'ETH di Zurigo stanno costruendo DFAB HOUSE, un'unità abitativa a tre piani sulla piattaforma di ricerca e innovazione NEST di Empa e Eawag a Dübendorf. La fabbricazione della parete "Mesh Mould" nel maggio 2017 ha segnato l'inizio di questo primo edificio al mondo che combina diversi processi di costruzione innovativi e digitali sotto lo stesso tetto. Da allora, altri due componenti dell'edificio, anch'essi progettati e realizzati digitalmente, sono stati portati a maturazione produttiva e coordinati digitalmente con il progetto complessivo. Grazie al sistema automatico di casseforme scorrevoli "Smart Dynamic Casting", l'ETH ha già prefabbricato i montanti di facciata in calcestruzzo per la facciata in vetro dell'edificio, adattandoli individualmente al caso di carico. È in fase di pre-produzione anche il cosiddetto "Smart Slab", un solaio in calcestruzzo ottimizzato dal punto di vista statico, per il quale i ricercatori stanno utilizzando la stampa 3D di sabbia di grande formato. Insieme agli Spatial Timber Assemblies, questi elementi formano una combinazione unica nella DFAB HOUSE, che sarà inaugurata nell'autunno 2018.