211service.com
De kunst van 3D printen
Als onderdeel van ons speciale rapport over productie vroegen we: Neri Oxman , een professor aan het MIT Media Lab en een internationaal erkende kunstenaar wiens werk deel uitmaakt van de permanente collectie van het Museum of Modern Art in New York, om een sculptuur te creëren die de toekomst van productie zou illustreren. (Bekijk hier een galerij met afbeeldingen.)
Wat ze produceerde, in samenwerking met MIT-hoogleraar materiaalkunde Craig Carter , is een krachtige demonstratie van de mogelijkheden van 3D-printen, waarbij gebruik wordt gemaakt van technieken die profiteren van de mogelijkheden van 3D-printers op manieren die conventionele productietechnieken niet kunnen.
3D-printen omvat een reeks technologieën - van inkjetkoppen die op portalen zijn gemonteerd die plastic laag voor laag kunnen afzetten om ingewikkelde modellen te vormen, tot recentere lasergebaseerde systemen die metaalpoeders sinteren om duurzame onderdelen voor vliegtuigen te maken. 3D-printers zijn voornamelijk gebruikt voor prototyping, maar ze worden ook een optie voor productie en kunnen uiteindelijk zelfs worden gebruikt om gebouwen te printen, zegt Oxman. Maar ontwerpers en architecten hebben nog niet geleerd om te profiteren van hun mogelijkheden.
Oxman, die is opgeleid als architect, zegt dat gebouwen tegenwoordig worden ontworpen met het oog op de componenten waaruit ze kunnen worden gemaakt: platen multiplex, glasplaten, stalen balken en betonnen kolommen. Als gevolg hiervan zijn die ontwerpen beperkt, net zoals Legoblokjes de vormen beperken die kinderen kunnen bouwen. Er zijn vergelijkbare beperkingen bij conventionele productie; er zijn enkele vormen die eenvoudigweg niet kunnen worden gebouwd met bestaande mallen en bewerkingsgereedschappen, en ontwerpers moesten ontwerpen met deze limieten in gedachten.
Oxman onderzoekt manieren om te breken met conventioneel ontwerpdenken door te kijken naar patronen en processen die in de natuur voorkomen, en door vergelijkingen te gebruiken die deze processen definiëren om nieuwe ontwerpen te genereren. Het resultaat zijn vaak verrassende vormen en structuren die alleen met 3D-printers gemaakt kunnen worden.
Om de benodigde algoritmen te helpen ontwikkelen, werkt Oxman samen met Carter. In sommige gevallen zorgen de algoritmen voor een nieuwe esthetiek, maar ze kunnen ook praktische toepassingen hebben, zoals het variëren van de structuur om belastingen te helpen dragen. Voor één sculptuur - een model van een chaise longue-fauteuil - combineerde het team algoritmen uit de natuur met een kaart van de druk die een lichaam uitoefent op een stoel. Het resultaat hangt af van waar de algoritmen bepalen dat de stoel zacht moet zijn om comfort te bieden en waar hij stijf moet zijn om ondersteuning te bieden.
Voor het beeld dat Oxman maakte voor Technologie beoordeling , hadden zij en Carter niet dezelfde structurele beperkingen die een stoel oplegde. De enige vereisten waren dat het resultaat eruitzag als een kubus, en dat het de woorden Making the Future aan één kant zou hebben. De resulterende kubus is geen praktisch object, maar het illustreert hun benadering van ontwerp.
De algoritmen die de vorm van het beeld bepalen, zijn gebaseerd op natuurlijke processen. Een daarvan is het ontmengen van twee vloeistoffen. Bij hoge temperaturen worden bijvoorbeeld olie en azijn volledig oplosbaar, maar naarmate de oplossing afkoelt, beginnen de twee vloeistoffen te scheiden.
Je schrijft een reeks vergelijkingen op gebaseerd op wat je weet over thermodynamica en de kinetiek van materialen, en de vergelijkingen ontwikkelen deze structuren die eruitzien als vloeistoffen die scheiden, zegt Carter. De resulterende sculptuur ziet eruit alsof dat proces is bevroren en er een kubus uit het midden van de vloeistoffen is gesneden. Om de letters te maken, introduceerde Carter andere vergelijkingen die ervoor zorgden dat de ene vloeistof werd aangetrokken door de letters en de andere werd afgestoten. (Om een animatie te zien van hoe de vloeistoffen bewegen om de belettering te maken, gemaakt door Carter, klik op hier .)
Oxman en Carter speelden met de algoritmen totdat ze de uiteindelijke vorm bereikten die ze wilden, en stuurden het resulterende computerondersteunde ontwerpbestand vervolgens naar het 3D-printbedrijf Objet om de zes-inch kubus te maken.
De technologie die wordt gebruikt om de kubus te maken, omvat een inkjetprinter om een laag polymeerinkt aan te brengen, die wordt blootgesteld aan ultraviolet licht om het uit te harden. Dit vereist het printen van een opofferingsdraagstructuur gemaakt van een zacht polymeer dat kan worden weggeblazen met een waterstraal.
De ontwerpen van Oxman verleggen zelfs de grenzen van bestaande 3D-printers: de kubus was zo complex dat het onmogelijk bleek om al het ondersteunende materiaal uit het midden te verwijderen. Toch is het deels haar doel om de grenzen van 3D-printen te verleggen. Haar lab aan het MIT ontwikkelt inderdaad nieuwe soorten 3D-printers.
Oxman's lab ontwikkelt zich ook robotsystemen die grote betonnen constructies voor gebouwen kon printen. Het nieuwe robotsysteem wordt ontworpen om de dichtheid van het beton te kunnen variëren, waardoor het mogelijk wordt om dicht, sterk beton te gebruiken waar het nodig is voor ondersteuning, en lichtgewicht, poreus beton voor niet-dragende muren, om materiaalkosten te besparen . Uiteindelijk kan het zelfs mogelijk zijn om beton te printen dat zo poreus is dat het doorschijnend is, waardoor er minder binnenverlichting nodig is.
Oxman blijft ontwerpen naar voren schuiven met haar kunst. Ze zegt dat de aanpak die wordt gebruikt voor de Technologie beoordeling cube zou als basis kunnen dienen voor een van de 18 sculpturen in een nieuwe tentoonstelling die ze ontwikkelt voor het Centre Pompidou in Parijs. De tentoonstelling wordt dit voorjaar geopend.