Algemene projectomschrijving
Kunstzinnig, functioneel en constructief veilig. Zo laat de Glazen Schommel zich het best omschrijven. Het ontwerp van de vectoractieve constructie van de Glazen Schommel is gemaakt door de Glass and Transparancy Group van de TU Delft en Arup voor de Glasstec 2018 in Düsseldorf. Het ontwerp laat het esthetisch potentieel van glas zien maar ook de functionaliteit als gebruiksobject, sterk en veilig. In het ontwerp is gebruik gemaakt van verschillende digitale ontwerp- en productietechnieken. De Glazen Schommel rocks!
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Bij de vervaardiging van de schommel is gebruik gemaakt van 3D geprint staat in de verbindingen tussen de voorgespannen droog-geassembleerde glazen bundels. De reden om de verbindingen 3D geprint uit te voeren is tweeledig. Ten eerste zijn de verbindingen, los van dubbele symmetrie in het ruimtevakwerk, allemaal uniek. Ten tweede, de stalen elementen kenmerken zich door een zeer complexe geometrie. Dat komt door het aantal aansluitende staven (tot wel acht) en de zeer kleine onderlinge hoeken.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Het bouwkundig ontwerp van de Glazen Schommel verbindt glaskunst en glas in architectuur en laat de schommelaar kennismaken met de constructieve mogelijkheden van het glasontwerp en geprint staal.
Tussen deze twee domeinen bestaat over het algemeen weinig synergie: glaskunst is beeldend, heeft vloeiende vormen en is spectaculair. Daarentegen is architectonisch glas overwegend plat en bijna onzichtbaar. Het ontwerp probeert de twee samen te brengen door gebruik te maken van constructieve vormen die de spectaculaire eigenschappen van glaskunst en is gericht op vorm, licht, speelsheid, elegantie en functie laten zien.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Het constructieve concept en proces is gedreven door digitale optimalisatie- en uitvoeringstechnieken.
Door een topologische optimalisatie is de lay-out van het ruimtevakwerk bepaald. Deze methode, genereert een optimale lay-out bij aangenomen belastingen, randvoorwaarden en materiaal. Dit wordt parametrisch opgezet zodat verschillende varianten in een kort tijdsbestek vergeleken kunnen worden.
De constructeur heeft zich laten inspireren door het resultaat van de topologische optimalisatie een geschikt draadmodel via een rationalisatie stap.
Aan het draadmodel wordt een doorsnede optimalisatie gekoppeld. Hierbij wordt vervolgens gezocht naar de meest geschikte doorsnedes bij de te verwachten krachten. Alle belastingen zijn in het rekenmodel meegenomen (vanwege de dynamische variatie door de schommelbeweging) zodat alle voorkomende situaties gecontroleerd kunnen worden. Hierbij is knik van de staven (lokale knik) maatgevend voor het bepalen van de glazen staafdiameters. Het resultaat is een verdeling van staven met doorsnedes variërend tussen 16 en 24 mm.
Het dynamische gedrag van de constructie en globale knik en stabiliteit wordt uiteindelijk via een uitgebreid FEM pakket gecontroleerd.
Bijzondere aspecten uitvoering
Het digitale model ondersteunt bij de voorbereidende werkzaamheden van de productie van de verschillende elementen. De geometrische data voor de stalen en de glazen onderdelen worden automatisch gegenereerd. Er wordt gebruik gemaakt van geometrische bestanden voor het printproces en Excel sheets voor de productie van de glazen staven.
De stalen verbindingen zijn het resultaat van een semi-geprint proces met S355. Het printproces wordt aangeduid met WAAM - Wire and Arc Additive Manufacturing - dat gebruik maakt van een conventionele robotarm met daaraan een lastoorts bevestigd om laagsgewijs een drie dimensionaal product of constructie te fabriceren. Om het printvolume te minimaliseren is gekozen om holle stalen ballen te gebruiken. Door deze ballen te plaatsen op een roterende tafel wordt er een samenwerkend geheel met de robotarm gecreëerd. Dit maakt verticaal printen altijd mogelijk en zorgt voor een optimale kwaliteit van het geprinte materiaal.
De complexe geometrie voor de verbindingen wordt traditioneel gemaakt door kokers te snijden en vervolgens te lassen. De kokers worden dan onder de exacte hoeken geplaatst en gelast. Dit is arbeidsintensief en foutgevoelig. Door het toepassen van 3D printen kunnen verbindingen accuraat en foutloos worden geproduceerd. Via live-monitoring worden de lasparameters gecontroleerd zodat defecten direct worden opgemerkt en waar nodig worden hersteld.
Het grootste verschil met de Glazen Schommel en de 3D-geprinte bouwknoop uit 2016 is de printtechniek. In 2016 werd gebruik gemaakt van een poederbed printtechniek. In de Glazen Schommel is gebruik gemaakt van een gerobotiseerde lastechniek. Deze techniek is voor (grotere) constructieve onderdelen uiterst geschikt vanwege de hoge materiaaldepositie en maakt deze techniek economisch interessant.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
Het bijzondere van deze constructie is dat de schommel volledig demontabel is. De glazen bundels zijn eenvoudig uit elkaar te halen door de boutverbindingen met de 3D geprinte elementen en zorgt ervoor dat de constructie eenvoudig te vervoeren is. Tevens zijn de glazen bundels makkelijk te demonteren door een droog-assemblage principe. Zo kunnen beschadigde glazen staven eenvoudig vervangen worden.
De constructie heeft veel bekijks en heeft op beurzen en evenementen in Duitsland, Zweden en Nederland gestaan. Ter afsluiting kunnen we stellen dat de combinatie van 3D geprint staal met glas een fantastisch eindproduct heeft opgeleverd, zowel functioneel als esthetisch en een wederom een innovatieve stap richting meer 3D geprint staaltoepassingen in de bouw.
Met dank aan
Schott - gratis levering van glazen staven
Lincoln Electric Europe - gratis levering van las electrodes
Octatube - gratis holle stalen ballen
Alex van Kouwenhoven - eerste idee voor ontwerp glazen schommel
Lourens Broeks, Kees Baardolf, Tolga Özdemir - hulp bij bouwen van de schommel
Materials innovation institute M2i en NWO domein Technische Toegepaste Wetenschappen (TTW) - ondersteunende funding voor het project
