Samotvarovací dřevěný nábytek: bio-inspirace, bio-základ, bio-tvarování

Již ve škole nás učili, že dřevo před zpracováním na finální výrobek musí být kvalitně vysušené na požadovanou vlhkost, aby se nesesýchalo, nekroutilo, neprohýbalo. Stejně tak při lepení vrstveného dřeva s křížovou orientací vrstev je ze stejných důvodů nutné dodržovat pravidlo symetrie. Když tato pravidla porušíme, je téměř jisté, že jsme si zadělali na problém. Pokud ovšem ono porušení pravidel není naším „uměleckým“ záměrem, jako je tomu v případě projektu HygroShape Institutu pro výpočetní projektování a konstrukci (ICD) Univerzity Stuttgart.

HygroShape je první koncept svého druhu pro skutečně samotvarující se nábytek. S využitím přirozených vlastností dřeva jsou kusy nábytku vyráběny v podobě fyzicky naprogramovaných konfiguracích plošně balených desek, materiálově naprogramovaných tak, aby se po rozbalení samy vytvarovaly. Toto samotvarování vychází z hygroskopického smršťování (sesýchání), které je přirozenou vlastností dřevěných materiálů. Děje se tak bez námahy, v tichosti, bez lidského zásahu, nástrojů nebo montážních pokynů, rozvine se hladce během několika hodin – třeba přes noc.

Po vytvarování se díly mechanicky uzamknou, čímž získají stabilitu a zachovají si aktivní ergonomickou funkci prostřednictvím malých harmonických pohybů. Projekt představuje posun v konstrukčních a výrobních procesech implementujících materiálové programování s cílem využít jedinečný potenciál udržitelných zdrojů a postupů. S tím přichází nový jazyk materiálového designu, který zahrnuje kvality a charakteristiky přírody jako integrující vyjádření formy a funkce.

Ve zkoumání potenciálu této technologie pro řadu interiérových a konstrukčních aplikací pokračuje k tomuto účelu založená spin-off společnost hylo tech.

Materiálové programování pro 4D zpracování dřeva

HygroShape implementuje nový přístup k programování materiálů pro digitální design a výrobu, ve kterém jsou funkce, jako je pohyb, fyzicky zakódovány uvnitř materiálového systému. Dřevo je bráno jako vysoce programovatelný materiál, u kterého lze změnu objemu i tuhosti přesně korelovat se změnou obsahu vlhkosti. Tento hygroskopický jev je spojen s unikátním anizotropním vláknitým kompozitním složením stěn dřevních buněk, které se roztahují, když jsou vlhké, a smršťují se při sušení, přičemž současně poskytují pozoruhodnou pevnost v poměru k hmotnosti. Tyto vlastnosti jsou zpracovatelům dřeva dobře známé, protože pokud nejsou v procesu sušení kontrolovány, mohou vést k velkým nekontrolovaným deformacím. Naopak, zde jsou síly pečlivě pochopeny a využity k vytvoření silných, předvídatelných pohybů poháněných přímo materiálem.

Koncept HygroShape je založen na navrženém využití sesýchání, ke kterému dochází u dřevěných materiálů po jejich vytěžení a vyrovnání se s okolním prostředím. Pomocí vysoce vyladěných výpočtových metod návrhu jsou fyzikální a mechanické charakteristiky materiálu digitalizovány a použity pro výpočet specifické materiálové syntaxe pro nasměrování materiálu k navržené sekvenci tvarování. Z této specifické syntaxe se vyrábějí ploché, dvouvrstvé dřevěné lepené desky s křížovým uspořádáním vrstev se složitým vnitřním uspořádáním a obsahem vlhkosti. Kusy jsou poté parotěsně zabaleny a přepraveny ke konečnému uživateli, kde vystavení výrobku prostředí značně odlišnému od výroby iniciuje spouštěcí sekvenci.

Princip HygroShape nábytku je založen na přirozeném prohýbání lepených vrstvených desek vlivem nerovnoměrného sesýchání dřeva ve dvou křížově uspořádaných vrstvách

Čerstvě nařezané dřevo má přirozeně vysoký obsah vody. Pokud je dřevo získáno přímo, může být zpracováno a připraveno způsobem pro udržení a optimalizaci vysokého obsahu vlhkosti při řezání a organizačních krocích na základě digitalizace přirozeného strukturování. Nástroj pro výpočetní návrh je pak použit k uspořádání konkrétních desek do přesně stanoveného rozložení určeného k řízení a koordinaci tvarování, které následuje. Prostřednictvím tohoto fyzického kódování je každý kus naprogramován jedinečným uspořádáním desek a vrstev ve svém plochém stavu, aby při snížení vlhkosti vytvořil specifickou zakřivenou geometrii. Následné vystavení kusů obvyklému vnitřnímu klimatu vyvolává přirozené vysychání a s tím související samovolné tvarování.

Výrobek je zákazníkovi dodán v podobě dvou plochých parotěsně zabalených desek, které se po vybalení v přirozeném prostředí během několika hodin samovolně vytvarují

Přístup materiálového programování k výrobě odkazuje na nový typ výroby, ve kterém je digitální design instinktivně spojen s přílivem materiálů. Proces, který umožňuje větší využití přírodních materiálů s větší variabilitou při využití dříve vyloučených funkcí. Tím, že je proces založen na pochopení a řízení chování přírodních materiálů, spíše než na jejich rozebírání nebo konstrukci od nuly, otevírá tento proces dveře k efektivnějšímu využití zdrojů a k vyšší efektivitě výroby.

Konstrukční potenciál v takovém uspořádání je obrovský, protože kroky digitalizace, třídění a uspořádání materiálu vedou k…