Digitális gyártás és bioanyagok az építészetben: Az identitás és a technológia egyesítése

A faragott kövek voltak az első eszközök, amelyeket a hominidák használtak környezetük átalakítására. Izgalmas elképzelni, hogy a kőkorszak óta – ez az időszak körülbelül ie 10 000 körül kezdődött – és az emberiség hosszú evolúciós folyamatának köszönhetően hogyan fejlődtek az általunk használt eszközök az egyszerű kövekből bonyolult robotrendszerekké. Ezek a fejlesztések forradalmat jelentenek a termelési módszerekben, mind a jelenlegi ipari szinten, mind helyi szinten.

Az olyan technológiákat, mint a mesterséges intelligencia (AI) és a digitális gyártási rendszereket a munkakörnyezettől függően változó fenyegetésként fogták fel. Latin-Amerikában a kézi gyártás mélyen bevésődött, specializálódott és egyes ágazatokban költséghatékony, így a digitális helyettesítés kevésbé sürgető.

Ezzel szemben a gombákból vagy mezőgazdasági hulladékból származó bioanyagok környezetbarát építési alternatívákat kínálnak, elősegítve a fenntarthatóságot és a körkörös gazdaságot. Ez értelmes vitákat ösztönöz a digitális gyártásban rejlő lehetőségekről, ami megköveteli a helyi erőforrások és kihívások megértését. Ezért megalapozza az identitást megőrző bioanyagokat, miközben megoldást kínál a helyi problémákra.

Akár szerves, akár szervetlen, a hulladék ma már nélkülözhetetlen erőforrásként figyelmet igényel. Következésképpen az olyan kezdeményezések, mint a Manufactura, integrálják a digitális gyártást és a hulladékhasznosítást új perspektívák érdekében. Dinorah Martínez Schulte, a projekt társalapítója betekintést adott az ezekben a folyamatokban rejlő lehetőségekről és azok alkalmazásáról olyan anyagokban, mint a fa, amelyet azóta használnak, hogy őseink elkezdtek más anyagokat kővel formálni.

Az anyagok kontextualizálása és eredetük megértése

Martínez Schulte mexikói kutatása szerint az éves fatermelés eléri a körülbelül 8 millió m³-t. Ennek a mennyiségnek a 70%-a a fűrésziparba kerül, ahol mintegy 2,8 millió m³ hulladék keletkezik, főként fűrészpor, apríték és kéreg. Bár jelenleg léteznek módszerek a fahulladék kezelésére, ezek a kémiai eljárásoktól és az üzemanyagoktól függenek.

A “The Wood Project / Un Proyecto de Madera” egy kutatási kezdeményezés, amelyet a La Metropolitana helyi műhellyel együttműködésben hajtanak végre, amely a hagyományos technikákat a technológiával ötvözi bútorgyártási folyamataiban. A napi probléma megoldásaként a projekt újrahasznosítja az általában eldobott fűrészport, ami körülbelül 5-6, egyenként nagyjából 40 kg-os zsákot tesz ki, amely naponta keletkezik. Ez nemcsak csökkenti a hulladék keletkezését, hanem a fűrészpor gyúlékonysága és a levegőben terjedő légzési kockázatok miatti biztonsági aggályokat is kezeli.

Bár ez a fahulladék önmagában nem szennyező erősen, a kidobott mennyiség jelentős nyersfa forrást jelent, és Mexikó régióiban magas gazdasági és kulturális értékkel bír. A projekt részeként a Manufactura biokompozitot hozott létre a Tzalam fa (Lysiloma latisiliquum) fűrészpormaradványai alapján. Ez a faj Mexikó délkeleti részén, a maja régióban őshonos és nagyra becsült megjelenése, nagy ellenállóképessége, valamint esztétikai jellemzői vöröses színe és markáns erei miatt.

Kémia a gyártási folyamat részeként

A biokompozitok gyártásában a Manufactura olyan megközelítést javasol, amely először az anyagok kémiai összetételét tartalmazza. A tojáshéjjal foglalkozó első projektjeiktől kezdve úgy közelítették meg az anyagot, hogy azt kalcium-karbonátnak, a fa esetében pedig cellulóznak tekintették.

Miután több kísérletet végeztek cellulóz alapú keverék előállítására, felfedezték, hogy a fűrészpor fizikai állapota megváltozik a kötéssel és szárítással kapcsolatban, attól függően, hogy milyen gépből nyerik ki. Ráadásul a biokompozitban lévő nedvesség kedvezett a gombák növekedésének, ezért mésszel és gipsszel kísérleteztek annak semlegesítésére. Emellett számos prototípus kifejlesztése után megállapították, hogy a kalibráló gépekből és a CNC routerből származó fűrészpor optimális fizikai feltételekkel rendelkezik a 3D nyomtatási folyamathoz.

A moduláris burkolólapok biokompozitból történő előállításához meg kellett érteni az egyes anyagok tömegét, sűrűségét és víztartalmát. Ezen kívül mátrixként szerves kötőanyagokat használtak a mész mellett, amely többszöri vizsgálat után hatékonyabbnak bizonyult a gombásodás megelőzésében.

Ebben a kutatási folyamatban az UNAM Anyag- és Szerkezeti Rendszerek Laboratóriumával együttműködve dolgoztak, amely tudományos perspektívát ad a projektnek. Végül számos eljárás és vizsgálat után kötőanyaggal kombinált öntőanyagot kapunk. Ezt az anyagot ezután egy robotkarra szerelt, félig folyékony anyagokhoz tervezett extruder segítségével műanyag állapotúvá alakítják.

Neofa és geometria

A tesztelés során a Manufactura megfigyelte, hogy a darabok megőrizték a felhasznált fafajták tulajdonságait. Az első fenyőhulladék felhasználásával készült darabok kevésbé merevek és világosabb színűek voltak, mint a tzalamból készültek, amelyek keményebbek és vöröses színűek voltak. Ezek a tulajdonságok mindkét esetben hasonlóak voltak a fa eredeti állapotához.

A keverék, a nyomtatási technikai paraméterek (extrudálási sebesség és a robotkar sebessége), valamint a darabok alakjának összjátéka három rács megvalósulását eredményezte; 72 darab, egyenként 20 x 20 cm-es. Ez a 3 hetes nyomtatási és szárítási folyamat reprodukálható darabokat eredményezett, amelyeket a méretezhetőség érdekében össze lehet szerelni. Martínez Schulte kiemeli, hogy figyelembe kell venni az olyan változókat, mint a hőmérséklet és a páratartalom, amelyek befolyásolják az anyagnyomtatást. Az alkatrészek általában 5-7 napon belül megszáradnak.

A darabok formájának meghatározásához számos prototípust készítettek, kezdve az alapvető geometriákkal, mint a körök, négyzetek és háromszögek. Ez a megközelítés segített azonosítani a legmegfelelőbb geometriát. Martínez Schulte hangsúlyozza, hogy a különböző geometriák tesztelésével az anyag jobb megértése érhető el. Ennek eredményeként lehetővé válik a darabok méretének meghatározása, a távolságok csökkentése, és annak meghatározása, hogy hol szükséges kitöltési minta.

“A digitális gyártás nem lineáris, ez egy végtelen hurok.” –Dinorah Martínez Schulte

Összefoglalva, ennek a projektnek a megvalósítása a számítástechnikai tervezés, a digitális gyártás nyújtotta előnyök, a helyi kontextusban való innováció és a fahulladék új anyagokká történő átalakításában mutatott kreativitás szinergiájának köszönhetően volt megvalósítható. Arra is rámutat, hogy fontos a bioanyagokról és a digitális gyártásról való gondolkodás, mint a helyi problémák megoldásának és a biokompozitok műszaki és esztétikai tulajdonságain és alkalmazásaikon alapuló új beszélgetések létrehozásának módja.

A Manufactura és Dinorah Martínez Schulte szemszögváltást javasol a pazarlásnak tekintett tárgykörben, akár a szakmai szférában, a műhelyben végzett munkán keresztül, akár az egyetemekkel együttműködő akadémián keresztül.

A digitális gyártás és a bioanyagok hatását a globális szinten megjelenő különböző javaslatok választják, különös tekintettel a lehetséges előnyökre és kockázatokra. Az egyik tény az, hogy az ilyen típusú anyagok a kortárs építészeti termelés és a jelenlegi gyártási módszerek kihívásaival a körkörös gazdaság javára törnek ki. Ahogy Carlos Raúl Villanueva kijelentette: „Az építészet par excellence társadalmi aktus, a haszonelvű művészet, mint magának az életnek a vetülete, amely gazdasági és társadalmi problémákhoz kapcsolódik, és nem csak esztétikai normákhoz…”.

Forrás: www.archdaily.com