Freiformfassade mit 3D-Druck Stahlknoten

Forschung und Entwicklung, Sonderkonstruktion Leistungen

Architekt

Additive Fertigung von freigeformten Stahl-Glas-Konstruktionen

Projekt

Im Rahmen einer Forschungskooperation mit der Jansen AG und der TU-Delft wurde das Potenzial von 3D-Druck-Technologien zur Herstellung von Komponenten für freigeformte Stahl-Glas-Konstruktionen untersucht und ein Mock-Up realisiert. Die additive Fertigung (engl.: additive manufacturing, AM) – weitgehend auch als 3D-Druck bezeichnet – eröffnet als zukunftsweisende Technologie eine bisher unvorstellbare Gestaltungsfreiheit für Stahlsystemfassaden. Die im 3D-Druck gefertigten Stahlknoten sind individuell anpassbar und können mit mehreren Armen sowie variablen Winkeln konzipiert werden – von spitz bis stumpf innerhalb eines einzelnen Knotens. Die entwickelte VISS³ Fassade ist eine selbsttragende Konstruktion: Die Lasten werden direkt über die Profile und Verbindungsknoten abgetragen, sodass keine zusätzliche Unterkonstruktion erforderlich ist.

Vergleich additiver Fertigungsverfahren und Entwicklung von Strukturknoten für komplexe Geometrien

Kontendesign

Es wurden verschiedene additive Fertigungsverfahren zur Herstellung von Strukturknoten für Freiform-Stahl-Glas-Konstruktionen gegenübergestellt. Für jede der ausgewählten AM-Methoden wurde ein anderes Knotendesign entwickelt, das mit dem Jansen VISS-Fassadensystem kompatibel ist. Der für die endgültige Musterkonstruktion ausgewählte Knoten lässt allerdings keine abschließende Einschätzung darüber zu, welches Druckverfahren für diese Art der Anwendung besser geeignet ist, da das am besten geeignete Druckverfahren für ein spezifisches Bauvorhaben von einer ganzen Reihe von Designvariablen wie Größe, strukturelle Anforderungen, gewünschte Form und Oberflächenqualität abhängig ist.

Die Realisierung der freigeformten AM-Musterfassade basiert auf einer digitalen, parametrischen Prozesskette, die eine hohe Flexibilität während der Designuntersuchung ermöglicht.

Digitale Prozesskette

Die Realisierung der AM-Musterfassade basiert von der Geometrieentwicklung, über die Strukturanalyse im Programmsystem SOFISTIK bis zur Generierung der CAM-Modelle auf einer digitalen parametrischen Prozesskette. Dabei findet der parametrische Arbeitsablauf in fünf Phasen statt. Die verschiedenen Phasen sind in der Definition unterteilt, damit sie lokal verwaltet werden können, wenn sich das Knotendesign in zukünftigen Projekten ändert. Die Phase der Herstellung komplexer Teile ist nach Merkmalen unterteilt, um hohe Rechenzeiten bei der Modellierung hochpräziser Merkmale zu vermeiden. Dieser Arbeitsablauf ermöglicht eine erhebliche Flexibilität im Verlauf der Designuntersuchung und auch beim Voranschreiten in andere Anwendungen.