Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

virtual | concrete – Generatives digitales Design als Werkzeug des Technologietransfers für neuartige Baustoffe

© Fraunhofer IBP

virtual | concrete erschließt das Potenzial der algorithmen-basierten, generativen Gestaltung für die Anwendung neuartiger, nachhaltiger Baustoffe in funktionalen Bauteilen. Während das konventionelle computergestützte Design (CAD) Form und Ergebnis eines Bauteils bereits vorab festlegt, greift das generative Design die Anforderungen der konkreten Anwendung, die Eigenschaften des Materials sowie weitere erwünschte Faktoren wie Nachhaltigkeit, Modularisierung und Rückbaubarkeit auf und erstellt daraus eine Vielzahl möglicher Designiterationen – unerwartete Formen, Strukturen und Oberflächen. Dieser objektive, von den materiellen Fakten ausgehende Entwurfsprozess öffnet den Blick der Forschenden für völlig neue Anwendungsformen ihrer Materialinnovationen; Digitalisierung und künstliche Intelligenz werden so zum Werkzeug des Technologietransfers in der anwendungsorientierten Forschung. Herzstück ist die interdisziplinäre, ko-kreative Zusammenarbeit zwischen Forschenden des Fraunhofer IBP, dem Künstler und Architekten Michael Hansmeyer sowie Studierenden der Professur Entwerfen (Prof. Denise Dih) der TH Rosenheim.

 

Projektziele

Das Projekt virtual | concrete verfolgt das Ziel, generatives Design als neues Werkzeug des Technologietransfers für die anwendungsorientierte Material- und Bauforschung am Fraunhofer IBP zu etablieren. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie neuartige nachhaltige Baustoffe, wie am IBP entwickelte alkalisch aktivierte Baustoffe/Geopolymere, ihr volles Potenzial in funktionalen Bauteilen entfalten können. Die algorithmen-basierte, generative Gestaltung kann die Möglichkeiten von Material und Form zusammenführen. Auf Anforderungen aus dem Anwendungskontext – zum Beispiel zur Klimawandelanpassung in Städten – kann so gezielt und umfassend eingegangen werden.

Gleichzeitig wird die serielle Produzierbarkeit von Bauteilen durch generative Fertigungsverfahren – wie 3D-Druck, CNC-Fräsen – berücksichtigt und die Form und Rezeptur dahingehend angepasst.

Im Projekt entstehen erste Prototypen, an denen das Potential des Materials, die Wirksamkeit der Bauteile und das Langzeitverhalten im Anwendungskontext validiert werden können.

© Michael Hansmeyer

Stand des Projekts

Auf dieser Basis sind bereits erste Prototypen entstanden; die Rezeptur des Materials wird nun gezielt für den 3D-Druck optimiert. Um das Materialverhalten besser zu verstehen, wurden erste Versuche über den Guss mit einer verlorenen Form realisiert. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse fließen in weitere Designiterationen ein, die das Potenzial des Bauteils für ein wirksames Funktionieren im Anwendungskontext Stadt im Klimawandel erschließen. Als nächster Schritt stehen die ersten 3D-Drucke an, mit denen Material- und Prozessparameter unter realen Fertigungsbedingungen validiert werden. Das Projekt befindet sich damit in der Phase der Überführung erster gestalterischer und materialtechnischer Erkenntnisse in die additive Fertigung.

Das Projekt umfasst mehrere Arbeitsschwerpunkte:

Die Arbeitsschwerpunkte gliedern sich in vier Felder.

  1. Generatives Design: Auswahl und Anwendung (bau)physikalisch wirksamer Formen sowie die Verknüpfung von Designalgorithmen mit Material- und Anwendungsparametern. 
  2. Neuartige Materialien: Integration nachhaltiger Bindersysteme, insbesondere Geopolymere, in den generativen Entwurfsprozess, unter Berücksichtigung von Rheologie und Aushärteverhalten für den additiven 3D-Druck. 
  3. Ko-kreative Methode: Weiterentwicklung und Dokumentation der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Kunst und Design (New Product Development, Material Driven Design) zu einem neuen methodischen Ansatz. 
  4. Fertigung, Validierung und Verwertung: additive/subtraktive Fertigung der Prototypen, bauphysikalische Untersuchung im Einsatzumfeld. 

Projektpartner

Fraunhofer IBP

Projektleitung sowie Material- und Prozessentwicklung, bauphysikalisches Verhalten von Bauteilen (Fertigungsverfahren additiv/subtraktiv, ko-kreative Arbeitsmethoden)

Michael Hansmeyer

Computational Architecture (generative Architekturformen und deren Fertigung)

TH Rosenheim, Professur Entwerfen (Prof. Denise Dih)

Studierende der Bachelor-Studiengänge Innenarchitektur und Architektur sowie des Masterstudiengangs Innenarchitektur