3D-geprinte stalen constructieve elementen, die gebruikt kunnen worden bij complexe projecten, met als belangrijkste resultaten: massamaatwerk, gewichtsreductie en productintegratie (zoals (led)verlichting).
| Locatie | Naritaweg 118, Amsterdam |
|---|---|
| Opdracht | Arup, Amsterdam |
| Constructief Ontwerp | Arup, amsterdam |
| Staalconstructie | Arup, Amsterdam |
Op basis van ‘Additive Manufacturing’-technieken (AM, ook wel 3D-printen genoemd) kwam Arup tot een ontwerpmethode voor stalen constructieve elementen in complexe projecten, die van grote betekenis is voor de architectonische vrijheid.
Het werk biedt nieuwe kansen in het gebruik van Additive Manufacturing, op het gebied van constructief ontwerp en engineering. Ons onderzoek toont aan hoe 3D-printen het ontwerp, het productieproces en de functionaliteit van constructieve stalen verbindingselementen verbetert. De uiteindelijke kosten van de toekomstige constructieve producten zullen daardoor significant afnemen, terwijl de architectonische vrijheid juist enorm toeneemt.
De inspiratie voor het research en ontwerptraject ontstond door één van onze projecten: drie grote tensegrity-constructies, ontworpen voor een winkelstraat in Den Haag, met geïntegreerde verlichting, de zogenaamde 'stedelijke kroonluchters'.
Door de onregelmatige vormen van de constructie waren bijna alle 1.600 knopen, die staalkabels en drukstaven met elkaar verbinden, verschillend van elkaar. Deze noodzakelijke uniciteit heeft ons aangezet om de mogelijkheden van AM meer te onderzoeken en de foto toont onze eerste en tweede ontwerpiteratie. De drie getoonde constructieve elementen ('knopen') zijn allen ontworpen om dezelfde constructieve belasting en kracht op te nemen. Het verschil is dat het kleinste item is ontworpen met behulp van Arup's meest recente optimalisatie- en ontwerpmethode voor AM.
Topologische optimalisatie, productintegratie, ontwerpen met de vrijheden en beperkingen van Additive Manufacturing.
Eerste voorbeeld van geprinte constructieve elementen in metaal voor de bouw wereldwijd.
Eerste ontwerp voor AM (middelste element): 30% gewichtsreductie, vergeleken met het traditioneel vervaardigde constructieve element links op de foto.
Tweede iteratie (op de foto rechts): 75% gewichtsreductie en eliminatie van 15.000 verbindingselementen uit de constructie. De constructie als geheel kon hierdoor bijna 50% lichter worden.
Integratie van meerdere producten in een, waardoor er minder interfaces en dus zwakke punten in het product zitten.
De combinatie van topologische optimalisatie en AM kan leiden tot ongekende materiaalbesparingen.
Tijdens het printen wordt er wel degelijk energie gebruikt, maar is er weinig tot geen afval. Materiaalbesparing, maar ook productintegratie kan leiden tot minder transport-, installatie- en onderhoudskosten.
Productintegratie kan de bouwtijd verkorten en zo de overlast verminderen.
Dit project was het eerste ter wereld dat voor het ontwerpen van constructieve elementen de mogelijkheden van Additive Manufacturing of 3D-printen in metaal onderzocht. Dit is innovatie op productniveau, maar de inzichten die het ons heeft gegeven en de vrijheidsgraden die het brengt kunnen direct van invloed zijn op de mogelijkheden van het bouwen in de toekomst.
