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Projektziele

Open Source-Plattform zur Wissensvermittlung

Eine Plattform zur Sammlung, Generierung und Verbreitung von Wissen soll geschaffen werden. Eine Evaluation der Erkenntnisse bildet den wissenschaftlichen Rahmen, das akkumulierte Wissen wird via Open Source der Allgemeinheit zugänglich gemacht.

Interdisziplinarität in der Lehre stärken

Eine stärkere Vernetzung aller Prozesse sowie neue Berufsprofile durch den digitalen Wandel bedingen vermehrt Wissen an den Schnittstellen der Berufe. Die Innovation soll durch Lehrende und Lernende beider Disziplinen gezielt Wissen an der Schnittstelle vermitteln, entwickeln und veröffentlichen.

Methodisches Arbeiten im Entwicklungskontext

Studierende sollen befähigt werden anhand einer Fragestellung einen konkreten Lösungsweg zu erarbeiten, die Entwicklung einer Methodenkompetenz steht im Mittelpunkt, selbst gesteuertes Lernen soll bestärkt werden. Die research-based-design Methodik ermöglicht hierbei die Überprüfung der theoretischen Konzepte anhand einer praktischen Umsetzung im wissenschaftlichen Kontext. Kreativität und Innovationspotenzial der Studierenden soll gefördert werden.

Prototypen als Lehr- und Lernraum

Das akkumulierte Wissen soll anhand eines physischen Prototypen des entwickelten Holzbausystems in die Praxis transferiert werden. Der Prototyp soll als Lehrvehikel dienen. Neben der Vermittlung digitaler Fähigkeiten und ist das gemeinschaftliche projektbasierte Arbeiten mit Wissenstransfer und die Realisierung eines Bauwerks mit eigenen Mitteln und Kräften der Kernaspekt des Moduls. Der Prototyp soll auf dem Campus als hybrider Lern- und Anwendungsraum fungieren, er vereint Theorie und Praxis. In ihm überblenden sich der physikalische, informationelle, digitale, soziale und konzeptionelle Raum. Die Interdisziplinarität ist somit in der Genetik implementiert. Er soll zugleich experimentelle Spielwiese sowie alltagstauglicher Arbeitsraum sein. Darüber hinaus soll er die Thematik des vernetzten Lernens und Lehrens auf dem Campus und über die Hochschulgrenzen hinaus sichtbar machen, und als Leuchtturmobjekt das Innovationspotenzial der Hochschule demonstrieren.

Transit von Studium in Beruf erleichtern

Die Praxisnähe des Moduls soll durch Workshops mit Dozenten der unterschiedlichen Disziplinen verstärkt werden. Der interdisziplinäre Ansatz und die Einbindung von fachlichen Kompetenzen aus Handwerk und Industrie vereinfacht den Transit von Studium in Berufsleben.

 

Potenzial

Die Globalisierung führt, wie in anderen Wirtschaftszweigen, auch im Bausektor zu einer Vernetzung von Entwicklungen und Ideen. Dabei können Entwicklungen mit Hilfe von Open Source Gemeinschaften verbessert und beschleunigt werden. Das Potenzial dieser Gemeinschaften resultiert aus der Vernetzung unterschiedlicher Fachdisziplinen. Auch im Holzbau entstehen auf diese Art neue Bausysteme, Prinzipien und Prozessketten, die zur freien Verfügung gestellt werden. Neue, standardisierte Technologien in der Produktion erlauben eine dezentralisierte Fertigung.

Parametrische Holzbausysteme aus weltweit verfügbaren genormten Holzwerkstoffen nutzen das technologische Potenzial des Holzbaus, durch eine automatisierte Bereitstellung der Fertigungsdaten ist eine hocheffiziente und ökonomische Fertigung nach Vorbild der Industrie 4.0 möglich. InterACT nutzt diese Prinzipien und zeigt deren Potenzial für die Architektur auf. Ausgangspunkt für die Systembauweise ist die an der TH Köln entwickelte Masterthesis SimpliciDIY von Max Salzberger und Michael Lautwein.

InterACT ist ein Holzbausystem, entwickelt für den Eigenbau, um allen Gesellschaftsschichten Zugang zu bezahlbarem und nachhaltigem Wohnraum zu ermöglichen. Ziel ist es das unausgeschöpfte Potenzial von digitalen Planungs- und Produktionsmethoden im Bausektor zuaktivieren und dabei die Synergien aus Handwerk und Wissenschaft zu nutzen. Der Fokus liegt auf der interdisziplinären Entwicklung eines Systems, welches in Planung und Produktion die Vorzüge derdigitaler Fertigung zur Individualisierung nutzt.

Ein Fachübergreifendes angewandtes Arbeiten in Ausbildung und Studium, an der Schnittstelle zwischen Theorie und Praxis bietet hierfür optimale Bedingungen. Die Methodik des research-based-design verknüpft durch den partizipativen Prozess sowie die Praxisorientierung mittels Prototypenbau beide Berufsfelder und eignet sich durch den iterativen Prozess und die kontinuierliche Evaluation der Erkenntnisse um nachhaltigen Wissensaufbau zu generieren.

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SimpliciDIY

Holzbausystem für den Eigenbau

SimpliciDIY wurde initiiert, um die Möglichkeiten von Holzwerkstoffen als Konstruktionsmaterial für Eigenbausysteme zu ergründen. Im Rahmen der Masterthesis von Michael Lautwein und Max Salzberger an der Technischen Hochschule Köln wurden Konzept, Konstruktion und die Prozesskette entwickelt. Ziel war es das unausgeschöpfte Potenzial von digitalen Planungs- und Produktionsmethoden im Bausektor zu aktivieren und dabei die Synergien aus Handwerk und Wissenschaft zu nutzen. Der Fokus lag auf der interdisziplinären Entwicklung eines Systems, welches in Planung und Produktion die Vorzüge der digitalen Fertigung zur Individualisierung nutzt. Im Baubereich gibt es zurzeit noch keine etablierten Systeme. Für Bauherren mit einem kleinen Budget und einer Bereitschaft zur Eigenleistung ist SimpliciDIY eine Möglichkeit die Lücke nach bezahlbarem Arbeits- und Wohnraum zu schließen.

Eine wissenschaftliche Arbeit über Holzbausysteme diente als Grundlagenermittlung des Projektes. Hierbei wurden der Wandel der Planungs- und Produktionsmethoden, ökologische und ökonomische Aspekte, sowie physikalische Eigenschaften des Werkstoffes untersucht. Die Ergebnisse der Arbeit dienten zudem als Grundlage für die spätere Bewertung von Holzbausystemen. In der Marktanalyse wurden fünf Systeme anhand einer eigens entwickelten Bewertungsmatrix geprüft. Als Bewertungsgrundlage diente ein digitales, sowie ein physikalisches Modell, wobei alle technischen Parameter über einspeziell entwickeltes Programmscript aus dem digitalen Modell ermittelt wurden. Dieses Script kam im weiteren Projektverlauf auch zur Evaluierung der eigenen Entwicklung zur Anwendung.

Das physikalische Modell diente der Überprüfung der nicht mit technischen Methoden messbaren Parameter, z.B. Gestaltungsfreiheit, Komplexität der Montage und Reversibilität der Struktur. Betrachtet wurde hierbei die gesamte Prozesskette, von der benötigten grauen Energie zur Herstellung der Produktionsmaterialien über gestalterische Aspekte, Produktionsparamater, Transport und Montage der Einzelteile, bis zur Nutzung und Demontage des Systems. Dabei wurden die Restriktionen bestehender Systeme aufgezeigt und Potenziale für die eigene Entwicklung abgeleitet.

Aus den Erkenntnissen der Analyse wurde das statische Prinzip für die Entwicklung von SimpliciDIY erarbeitet. Die Entwicklung der Knotenpunkte des Bausystems erfolgte nach der research-by-design Methode bis in den Maßstab 1:1. Alle Entwicklungsstufen wurden in einem iterativen Prozess evaluiert.

Folgende Systeme waren Gegenstand der Analyse:

WikiHouse
www.wikihouse.cc
Open Systems Lab
217 Mare Street,
London, England

Wren
www.wikihouse.cc
Open Systems Lab
217 Mare Street,
London, England

Pinonierswoning
www.wikihouse.nl
Haagweg 4 HL,
2311AA, Leiden
wikihousenl@gmail.com

FabField
www.fabfield.com
TheNewMakers
TNM HQ.
Bakemastraat 97L
2628ZS Delft
info@thenewmakers.com

SI Modular
http://www.si-modular.net
STELLINNOVATION GmbH
Twenhövenweg 2
48167 Münster
info@stellinnovation.de

 

Fabrikation mittels digitaler Werkzeuge

 

Ein digitales Modell liefert alle zur Produktion des Entwurfs benötigten Daten, eine Mengenermittlung sowie Stücklisten und digitale Produktionsdateien werden generiert. Eine Nummerierung der Bauteile erfolgt parametrisch, und eine individualisierte Aufbauanleitung für die Montage wird erstellt. Die Verfügbarkeit aller Daten erhöht die Planungssicherheit und Kostenkontrolle.
Eine digitale Prozesskette ermöglicht einen hocheffizienten Bauprozess. Programme wie >Flux I/O< ermöglichen den nahtlosen Datenaustausch aller am Produktionsprozess Beteiligten und Materialbestellungen können automatisiert erfolgen. Der Produzent bekommt alle zur Produktion benötigten Daten zur Verfügung gestellt. Eine Schnittstelle zu CAM Systemen ermöglicht eine automatisierte Fertigung der Einzelteile mittels CNC – Maschinen. Digitale Standards garantieren eine weltweite Austauschbarkeit der Daten. Die Fertigungsparameter wurden in der Entwurfsphase in 1:1 getestet, und können an die Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden.

Ein individualisierter Phänotyp bedingt individualisierte Komponenten. Dies stellt besondere Ansprüche an die Produktionsmethoden der Bauteile. Eine effiziente Produktion mittels individueller Serienfertigung zeichnet sich durch möglichst wenige Produktionsschritte aus. CNC – Bearbeitungszentren (CNC-BAZ) bieten die Möglichkeit, Werkstoffe zu sägen, zu fräsen und zu bohren, und sind somit optimal für die Bearbeitung von Holzplattenwerkstoffen mittels digitaler Fertigungsmethoden geeignet. Sie bilden die Grundlage für eine >mass customization< in der Fertigung, die Stückzahl der zu produzierende Bauteile ist unerheblich, eine Fertigung kann bei effizienter Programmierung ab Losgröße 1 rentabel erfolgen.
Die Verbindung zwischen Planung und Fertigung bilden die >CAM< Systeme. Sie greifen auf die von CAD-Systemen bereitgestellten Geometriedaten zu und übersetzt diese in Produktionsdaten, der Datensatz wird multifunktional.

Die Software berechnet anhand zuvor festgelegter Parameter die von der Maschine benötigten Daten. Diese sind abhängig von Material und Werkzeug. Sie generiert Werkzeugwege, Vorschubgeschwindigkeiten, Spindeldrehzahl und Korrektur der Achsen und liefert alle für die digitale Produktion benötigten Informationen und übersetzt diese im >post-processing< in den für Maschinen zu verarbeitenden >G-Code<. Die Fertigung der Teile läuft dann automatisiert ab. Dieses Verfahren ermöglichte den einfachen Zuschnitt komplexer Geometrien sowie eine rationalisierte Produktion von Verbindungen und Bohrungen.

 

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