ParaKnot3D

Organische, materialsparende Formen haben in der Architektur zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Herausforderung liegt in deren individueller und doch industrieller Realisierung. Der Paraknot3D ermöglicht die Herstellung einer von der Natur inspirierten Netzstruktur, da er als singulär generierbare Verbindung konzipiert wurde. Es ist eine individuell produzierbare und daher individuell anpassbare Knotenverbindung für einlagige, doppelt gekrümmte und doch vorwiegend druckbeanspruchte viereckmaschige Netze mit großem Formenpotential. Weitergedacht könnte dieses Konstruktionsprinzip als Gerüst für Fassaden oder Dächer genutzt werden.

Initiator des Paraknot3D-Projektes war die Beteiligung an der Designers´ Open 2017 in Leipzig. Die Messestandgestaltung basiert auf dem Wunsch nach dem effektivsten Einsatz von Material und somit einer hochgradig ressourceneffizienten Leichtbaukonstruktion als Ausstellungsarchitektur. Für die Generierung, Modellierung und Herstellung im 3D-Druck wurde ein durchgängiger digitaler Workflow genutzt. Erst der Entwurf der kompakten Knotengeometrie ermöglichte aber die ressourcen- und zeiteffiziente Herstellung.

Das Konzept ParaKnot3D verfolgt den Ansatz der Kombination einer mathematischen Optimierung der Netzstruktur mit der NC-gesteuerten Fertigung der Knotenelemente mittels additiver Verfahren als 3D-Druck. Die Fertigungsdaten für die Verbindungselemente sind hierbei das Ergebnis einer parametrischen Beschreibung sowohl der Gesamtstruktur als auch des Knotenelements. Letzteres ist informationeller Träger der konstruktiv-geometrischen Komplexität. Durch die Variation der Längen der Anschlussstutzen am Knoten können die Längendifferenzen der Stäbe in großen Bereichen ausgeglichen werden, ohne dass dies optisch wahrnehmbar wäre. Die exzentrische Anordnung der Stabanschlüsse führt zu einer optimalen Kraftumlenkung im Verbinder und ermöglicht gleichzeitig das Andocken variabler Querschnitte. Die für die veränderliche Dichte und Geometrie der dreidimensionalen Netzstruktur notwendigen geometrischen Anpassungen erfolgen ausschließlich innerhalb der ParaKnots.

Das Konzept wurde prototypisch und zunächst kleinmaßstäblich anhand eines Messepavillons umgesetzt. Dieser besteht aus 343 3D-gedruckten Knoten aus Polylactide (PLA), einem biokompatiblen Kunststoff auf Maisstärkebasis. 554 handelsübliche Papiertrinkhalme bilden die rohrförmigen Stäbe der Konstruktion. Der Pavillon konnte dank des Knotenkonzepts und des 3D-Druck-Verfahrens nahezu ohne Verschnitt und aus biobasierten Materialien verwirklicht werden.

Mit einem Gewicht von nur 2,5 kg, verteilt auf eine Oberfläche von zirka 8 m², lässt der ParaKnot3D-Pavillon sein Potenzial erahnen. Die Adaption auf großtechnische Anwendungen kann die Grundlage für einen deutlich reduzierten Ressourcenverbrauch, inklusive einer Kreislaufwirtschaft kompatiblen Elementstruktur bilden.

Der ParaKnot3D-Pavillon wurde erstmalig auf der Designers´ Open 2017 in Leipzig präsentiert und beeindruckte dort Besucher und Fachleute gleichermaßen. Aktuell ist die Forschungsgruppe FLEX auf der Suche nach interessierten Partnern, um die Idee in Anwendungsprojekten weiterzuentwickeln.

Keywords: Papier, 3D-Druck, Knotenverbindung, räumlich gekrümmt, recycelbar, Simulationsprozesse, Bogen, Leichtbau, Netzstruktur

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