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"拧吧"--DADA2015数字工厂 机器人金属弯折

FabUnion 2018-07-10 17:19:25

[ 指导老师介绍Introduction of Instructors ]


王振飞

荷兰BerlageInstitute,天津大学建筑系,华汇设计(北京)(HHD_FUN)主持建筑师。


HHDFUN是一个由建筑师,设计师,程序设计师等组成的致力于设计和研究的事务所。参数化设计及可持续发展是他们的主要研究方向。他们致力于将不同领域的知识创造性地带入建筑设计,希望基由不同的设计方法和设计过程创造出有别于常规的”意料之外”的设计。数学,几何学,算法技术,建筑信息模型,电子学,人工智能学等都是他们涉猎的领域。事务所同时与包括艺术家,服装设计师,数学家,工程师等在内的各界人士进行跨界合作,并希望通过这样的合作探索新设计的可能性。



王鹿鸣


荷兰BerlageInstitute,天津大学建筑系,华汇设计(北京)主持建筑师


与王振飞一同进行上述项目的设计工作。


[ 教学日期&地址Date &Address ]


2015/06/27-2015/07/05

同济大学建筑与城市规划学院E楼202室

Room 202, Building E, CAUP, Tongji University



[ 课程介绍Course Introduction ]


以三维弯曲为建造技术,城市家具为主题,对使用空间向量产生三维圆弧(部分球面)为几何特征的曲面进行研究的工作营。以空间曲线为原型,研究不同的空间曲面原型,并结合

Bi-Arc的数学模型对曲面进行再生成。研究不同几何特征所适应的不同城市空间题目,尝试以装置的方式探讨人与城市空间的关系。


[ 预期目标 Envisioned Outcome ]


建造一个5-10人可共享的城市家具




[ 研究过程Workshop Procedure ]



起源


BiArcs


Biarc是一个经常被使用的简化Nurbs曲线的算法,其原理为在空间内任意两个向量间产生两段圆弧,两段圆弧分别连接两个向量的首尾。配合遗传基因或其他优化算法,可以将空间任意曲线有效率的转化为不同半径圆弧,从而降低nurbs曲线的复杂度。

以下是利用Biarc计算出的在红色向量和蓝色向量间的两段圆弧的示意图,图中以平面显示,实际应用可为任意空间向量。


一旦我们可以得到两个向量间的Biarc,将一系列控制点通过Biarc相连接当然也是非常容易的。这被称为分段的圆弧曲线。


让我们以两个控制点生成两条圆弧曲线为例。




在两个控制点和两个向量的控制下,我们可以生成无数条曲线。


以上diagram摘自http://www.ryanjuckett.com/programming/biarc-interpolation/

内有html5生成的互动动画便于理解




探讨


不同的起始点与不同的起始向量相结合,我们可以得到一系列变化的Biarc曲线。不同曲线组合创造出不同的空间,讨论各种活动发生的可能性,结合展览场地要求及人群使用需求,我们对这些曲面进行了筛选。


在尝试了单个Biarc曲面的可能性后,我们进一步对两个、三个及多个Biarc曲面进行组合。





最终我们选用使用六条半圆曲线相互等分取Biarc的形式生成空间曲面。因为六条半圆曲线实际上由三个完整的圆拆分而成,因此最后生成的家具形态上具有三个接口,而接口的大小则会依照不同的圆形半径进行改变,且不同半径的圆弧线可以产生不同的使用需求,例如:坐、躺、靠…等等的功能,而座椅单元可以自身进行单元的复制、镜像或是旋转。


制造


因为Biarc曲线本身由两个平面圆弧夹一个空间角度组合而成,所以虽然其本身是一条空间曲线,但可以使用平面工艺进行制造。


使用Laser Cut切割平面插片插接生成模型


同时使用Grasshopper编制作工具包,导出弧长、半径、空间夹角数据导入数控弯管机进行加工。



在实际操作中,虽然数控弯管机可以精确控制三轴的数据。但金属弯折工艺与铣削及3d打印工艺有明显的不同。
其最终弯折半径受到材料特性,设定半径后造成的延伸量不同,金属回弹量不同等因素影响,故我们在加工后,在使用半径规对圆弧曲率进行核实后,使用1:1的图纸对成品钢管进行工装矫正。


校准过半径的圆弧通过扭转形成成空间曲线,由于两个圆弧端点固定后,空间夹角唯一,这个特性为安装提供了极大的方便和灵活性。为此我们制作了等比例的laser-cut模型,作为复杂的金属弯折模型的参考基础。


最后我们在经过了图纸定位与调试后完成了对一组单元的组装工作。



打包待发货,同济大学建筑与城市规划学院C楼展厅我们7月5日不见不散。





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