Parametrisches Design

Artikel vom 24. Juni 2016  

Parametrisches Design ermöglicht Realisierung organischer Formen bei Gebäuden

Die olympische Schwimmhalle Wasserwürfel in Peking oder die begehbare Achterbahn Tiger & Turtle in Duisburg zeigen es deutlich: Statik und Form von Gebäuden haben die geometrischen Grenzen von geraden Winkeln und parallelen Wänden und Decken weit hinter sich gelassen. Vielfältige organische Formen und bizarr anmutendes Design – real gewordene Phantasien von Gestaltern und Architekten – sind möglich dank der Methoden des parametrischen Designs.

Mit Hilfe von CAD-Systemen entwerfen und konstruieren Designer und Architekten im virtuellen Raum Produkte und Gebäude. Komplexe Formen und Strukturen werden dadurch in der Simulation am Bildschirm sichtbar und nicht nur im Kopf des Entwerfers. Ausgefallene Formen sind allerdings Sonderbauteile, die sich kaum automatisiert anfertigen lassen, und damit sehr kostspielig in der Herstellung. Um einerseits gestalterische Vielfalt zu ermöglichen und andererseits wirtschaftlich herstellen zu können, ist also eine Konstruktionsmethode gefragt, die beide Ansprüche in sich vereint.

Variabel und intuitiv bedienbar

Ab Anfang der siebziger Jahre wurden deshalb parametrische CAD-Systeme für den Maschinen- und Fahrzeugbau entwickelt, die sich weitgehend intuitiv nutzen lassen. Das Produktmodell ist nicht mehr eine exakt gespeicherte Geometrie. Seine Form wird durch eine Kombination von Parametern und Zahlenvariablen zur Größenbeschreibung im Rechner hinterlegt. Ein würfelförmiges Objekt etwa wird durch die Parameter Länge, Breite und Höhe, ein Zylinder durch Durchmesser und Höhe definiert.

Neuartige Konzepte: Die einzigartige Bauweise eröffnet grenzenlose Gestaltungsmöglichkeiten
Neuartige Konzepte: Die einzigartige Bauweise eröffnet grenzenlose Gestaltungsmöglichkeiten

Future Construction

Die Digitalisierung von Planungs- und Ausführungsprozessen erhöht die Wirtschaftlichkeit. Gescriptete Geometriemodelle sind deutlich günstiger als konventionell gefertigte Sonderbauteile. Die Verringerung der Vielfalt von Bauteilen und eine Vereinfachung der Geometrien und Details gelingt, ohne die Gesamtform vereinfachen zu müssen. Im Gegenteil: Sind die Modelle im Rechner hinterlegt, lassen sich durch einfache Änderung der Zahlenwerte oder veränderte Kombination der Parameter Gestaltänderungen direkt am Bildschirm vornehmen. Zum Einsatz kommt 3D Software, wie sie auch für die Erstellung von Animationen verwendet wird.

Digitale Fabrikation: Die Software überträgt die Geometrie der Struktur direkt auf die Fahrwege des Tripods
Digitale Fabrikation: Die Software überträgt die Geometrie der Struktur direkt auf die Fahrwege des Tripods

Der 3D Cocooner

Neue Verfahren des 3D Drucks bieten sich in idealer Weise als Umsetzungswerkzeug für parametrisch designte Formen an. Mit dem 3D Cocooner zeigte Festo auf der Hannover Messe eine prototypische Anwendung für ein Handlingsystem von Festo, einen Tripod vom Typ EXPT-45. Nach dem Vorbild der Kokons von Seidenraupen erzeugt eine Spinndüse aus Glasfaserbündeln, die mit UV-härtenden Harzen ummantelt und stabilisiert werden, frei im Raum entstehende Leichtbaustrukturen. Das Handling, welches die Spinndüse führt, wird dabei direkt aus der Designsoftware angesteuert. Eine einfach und intuitiv bedienbare Nutzeroberfläche erlaubt die Erzeugung unzähliger Varianten aus sehr einfachen Grundmustern.

Wie der 3D Cocooner funktioniert, können Sie hier sehen: