Neri Oxman bei ihrer Arbeit an "Cartesian Wax: Prototype for a Responsive Skin", die inzwischen zur Sammlung des Museum of Modern Art in New York gehört.
Die Architektin Neri Oxman will Bionik und 3D-Druck zu einer neuen Konstruktionstechnik für Gebäude kombinieren.
Gebäude werden üblicherweise aus vorfabrizierten Bausteinen wie Ziegeln, Betonpfeilern, Stahlträgern und Glasplatten errichtet. Die MIT-Architektin Neri Oxman will mit dieser Bauweise brechen und eine bislang als skurril geltende Idee weiterentwickeln: Häuser auszudrucken.
Ursprünglich waren „3D-Drucker“ – zunehmend eine Sammelbezeichnung für Rapid-Prototyping-Maschinen – dafür gedacht, aus Computermodellen Schicht für Schicht Plastik-Gegenstände zu fertigen. Längst ist die Technik so weit gediehen, dass sich auch andere, haltbarere Materialien als Kunstharze verarbeiten lassen. Aus Stahlpulver etwa werden mittels der Lasersinter-Technik bereits seit vielen Jahren Autoteile in Kleinserien gefertigt.
Neri Oxman arbeitet nun daran, auch Beton für die computergesteuerte Fertigung in Schichten nutzbar zu machen. Er soll aus Druckköpfen kommen, die auf Roboter-Armen montiert sind. Die hätten deutlich mehr Bewegungsfreiheit als die starr montierten Spritzdüsen in heutigen 3D-Druckern, zumal diese auch nur Bauvolumina von noch nicht einmal einem Kubikmeter erlauben.
Oxman lässt sich zudem von der Natur inspirieren. Ein Beispiel: In einem Palmenstamm ändert sich die Dichte des Holzes von außen nach innen. Am Rand ist sie am höchsten, weil dort die Biegespannung am größten ist. Das Innere des Stamms ist hingegen porös und wiegt weniger. Würde man Betonpfeiler nach diesem Vorbild – mit einem porösen Kern – konstruieren, könnte man die verbaute Betonmenge um zehn Prozent reduzieren, schätzt Oxman.
Für solche Konstruktionskonzepte entwickelt die Architektin derzeit eine eigene Software. In die fließen Daten über physikalische Belastungen einer Struktur sowie Randbedingungen hinsichtlich Größe, Form und Lichteinlässen ein. Das Programm berechnet dann, wie Materialeigenschaften wie die Dichte innerhalb der Struktur variieren. Das so gewonnene 3D-Modell druckt Oxman anschließend als kleines Modell aus.
Das aus Polyurethan und Acryl gefertigte Objekt "Stalasso" ist von mineralischen Strukturen inspiriert.
Die ersten Ergebnisse dieses Ansatzes begeistern bereits die Kunstwelt. Sie wurden im Museum of Science in Bosten und im Museum of Modern Art in New York ausgestellt. Ein Beispiel ist das Stuhlmodell „Beast“. Dessen Design folgt Oxmans Körperform und einer vorab modellierten Druckverteilung beim Sitzen, was zu einer Struktur aus Zellen und Verzweigungen führt, die Oxman als 3D-Modell realisiert hat.
Ihre Arbeit ist noch in einer frühen Phase, doch schon jetzt zeichnen sich neue Möglichkeiten durch die andere Herangehensweise im Konstruieren ab. Mit einem Betondruck-Roboter könnte etwa eine tragende Wand mit einer ausgeklügelten Innenstruktur gefertigt werden, die Lasten viel besser und flexibler aufnimmt als Wandkonstruktionen bislang. Dies wiederum wäre interessant für Regionen, in denen sich regelmäßig Erdbeben oder starke Stürme ereignen.
Die Innenstruktur der Wand könnte zugleich auch Wege berücksichtigen, durch die Licht ins Innere des Gebäudes gelangt. Während die stark belasteten Abschnitte aus dichtem Beton bestünden, hätten andere, an denen weniger Zug- oder Biegekräfte angreifen, Poren, die mit transparenten Materialien gefüllt sind und Licht leiten. Dies würde auch Energie sparen helfen. Langfristig könnte Oxmans Ansatz sogar dazu führen, dass auch Dämmstrukturen und Belüftungskanäle in einem Durchgang mit „ausgedruckt“ werden.
Prinzip des Contour-Crafting-Verfahrens.
An der Hardware, die hierfür nötig ist, arbeiten bereits verschiedene Ingenieurgruppen. Behrokh Khoshnevis, Ingenieur und Umwelttechniker an der University of Southern California, hat ein System namens „Contour Crafting“ entwickelt, das Beton ohne Formschalen aufschichten kann (siehe Bild). Ein ähnliches Verfahren hat die britische Firma D-Shape vorgestellt.
Oxmans erste Demo-Objekte, in denen sie ihre Gestaltungsprinzipien anwendet, sind noch recht kleine Gegenstände wie medizinische Geräte. So hat sie beispielsweise ein Armband entworfen, das gegen das Karpaltunnelsyndrom helfen soll. Die Form ist dabei an die individuellen Schmerzregionen eines Patienten angepasst. Der MIT-Materialwissenschaftler Craig Carter, mit dem Oxman unter anderem zusammenarbeitet, ist trotz diverser noch offener Fragen von ihrem Ansatz beeindruckt: „Die Resultate sind ohne Zweifel äußerst ansprechend.“
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