211service.com
Sztuka druku 3D
W ramach naszego specjalnego raportu na temat produkcji poprosiliśmy Neri Oxman , profesor w MIT Media Lab i uznany na arenie międzynarodowej artysta, którego prace są częścią stałej kolekcji w Museum of Modern Art w Nowym Jorku, aby stworzyć rzeźbę, która zobrazowałaby przyszłość produkcji. (Zobacz galerię zdjęć tutaj.)
Co wyprodukowała, we współpracy z profesorem materiałoznawstwa MIT Craig Carter , to potężna demonstracja możliwości drukowania 3D przy użyciu technik, które wykorzystują możliwości drukarek 3D w sposób, w jaki konwencjonalne techniki produkcyjne nie są w stanie.
Druk 3D obejmuje szereg technologii — od głowic atramentowych zamontowanych na portalach, które mogą nakładać tworzywa sztuczne warstwa po warstwie, tworząc skomplikowane modele, po nowsze systemy laserowe, które spiekają proszki metali w celu wytwarzania trwałych części do samolotów. Drukarki 3D były używane głównie do prototypowania, ale stają się również opcją do produkcji i mogą ostatecznie zostać wykorzystane do drukowania budynków, mówi Oxman. Ale projektanci i architekci nie nauczyli się jeszcze wykorzystywać swoich możliwości.
Oxman, który wykształcił się na architekta, mówi, że budynki są dziś projektowane z myślą o komponentach, z których mogą być wykonane – arkuszach sklejki, tafli szkła, stalowych belkach i betonowych kolumnach. W rezultacie te projekty są ograniczone, podobnie jak klocki Lego ograniczają kształty, które dzieci mogą budować. Podobne ograniczenia występują w produkcji konwencjonalnej; istnieją pewne kształty, których po prostu nie można zbudować za pomocą istniejących form i narzędzi do obróbki, a projektanci musieli projektować z uwzględnieniem tych ograniczeń.
Oxman bada sposoby na zerwanie z konwencjonalnym myśleniem projektowym, przyglądając się wzorcom i procesom występującym w naturze oraz używając równań definiujących te procesy w celu generowania nowych projektów. Wynikiem są często zaskakujące kształty i struktury, które można wykonać tylko za pomocą drukarek 3D.
Aby pomóc w opracowaniu potrzebnych algorytmów, Oxman połączył siły z Carterem. W niektórych przypadkach algorytmy zapewniają nową estetykę, ale mogą również mieć praktyczne zastosowania — takie jak zmiana struktury w celu ułatwienia przenoszenia obciążeń. W przypadku jednej rzeźby — modelu rozkładanego krzesła na szezlongu — zespół połączył algorytmy zaczerpnięte z natury z mapą nacisku, jaki ciało wywiera na krzesło. Wynik zależy od tego, gdzie algorytmy określają, że krzesło musi być miękkie, aby zapewnić komfort, a gdzie musi być sztywne, aby zapewnić podparcie.
Za rzeźbę wykonaną przez Oxmana Przegląd technologii , ona i Carter nie mieli takich samych ograniczeń strukturalnych, jakie nakłada krzesło. Jedynym wymogiem było to, aby wynik wyglądał jak sześcian i miał po jednej stronie napis Making the Future. Powstała kostka nie jest praktycznym przedmiotem, ale ilustruje ich podejście do projektowania.
Algorytmy określające kształt rzeźby opierają się na naturalnych procesach. Jednym z nich jest rozłączenie dwóch płynów. W wysokich temperaturach na przykład olej i ocet stają się całkowicie rozpuszczalne, ale gdy roztwór ostygnie, oba płyny zaczynają się rozdzielać.
Zapisujesz zestaw równań w oparciu o to, co wiesz o termodynamice i kinetyce materiałów, a równania rozwijają te struktury, które wyglądają jak rozdzielające się płyny, mówi Carter. Powstała rzeźba wygląda tak, jakby ten proces został zamrożony, a ze środka płynów wycięto sześcian. Aby wykonać liternictwo, Carter wprowadził inne równania, które powodowały, że jeden płyn był przyciągany do liter, a drugi odpychany. (Aby zobaczyć animację przedstawiającą ruch płynów podczas tworzenia napisu, stworzoną przez Cartera, kliknij tutaj .)
Oxman i Carter bawili się algorytmami, dopóki nie osiągnęli ostatecznego kształtu, jaki chcieli, a następnie wysłali powstały plik projektowania wspomaganego komputerowo do firmy drukującej 3D Objet, aby wykonać sześciocalową kostkę.
Technologia użyta do wykonania kostki obejmuje drukarkę atramentową do nakładania warstwy atramentu polimerowego, który jest wystawiony na działanie światła ultrafioletowego w celu utwardzenia. Wymaga to wydrukowania protektorowej konstrukcji nośnej wykonanej z miękkiego polimeru, którą można zdmuchnąć strumieniem wody.
Projekty Oxmana przesuwają nawet granice istniejących drukarek 3D — sześcian był tak złożony, że usunięcie całego materiału nośnego ze środka okazało się niemożliwe. Jednak przesuwanie granic druku 3D jest częściowo jej celem. Rzeczywiście, jej laboratorium w MIT opracowuje nowe rodzaje drukarek 3D.
Laboratorium Oxmana też się rozwija systemy zrobotyzowane które mogłyby drukować duże konstrukcje betonowe dla budynków. Nowy system robotyczny jest projektowany tak, aby móc zmieniać gęstość betonu, umożliwiając stosowanie gęstego, mocnego betonu tam, gdzie jest on potrzebny do podparcia, oraz lekkiego, porowatego betonu do ścian nienośnych, aby zaoszczędzić na kosztach materiałów . W końcu może być nawet możliwe wydrukowanie betonu, który jest tak porowaty, że jest półprzezroczysty, co zmniejsza potrzebę oświetlenia wnętrz.
Oxman nadal rozwija projekty dzięki swojej sztuce. Mówi, że podejście stosowane do Przegląd technologii sześcian może posłużyć za podstawę jednej z 18 rzeźb na nowej wystawie, którą przygotowuje dla Centre Pompidou w Paryżu. Wystawa zostanie otwarta wiosną tego roku.