Gramazio Kohler / Architectes et Recherche

GRAMAZIO KOHLER ARCHITECTS

L’agence Gramazio Kohler est composé par deux architects suisses, située à Zurich. Ils veulent combiner l’aspect physique de l’architecture et de la construction avec la logique digitale. Leur but avec ses projets est de concevoir une relation spatiale entre l’intervention et les alentours à travers de la programmation.

Gramazio et Kohler utilisent la programmation numérique depuis l’enfance. Rencontrés comme étudiants à l’université ETH, à Zurique, dans les années 1990, ils ont trouvé l’un dans l’autre un raisonnement similaire. Les amis étaient frustrés par la manière dont les architectes utilisaient les ordinateurs. Le problème était que les ordinateurs et les logiciels n’étaient utilisés que comme outils de dessin et que, jusqu’à ce moment, aucun changement de mentalité n’avait eu lieu.

« The two worlds, the virtual and the physical, were treated as being contradictory or opposite, » dit Kohler. « Virtual architecture meant something done on the computer. This was a complete misunderstanding. »

Les architectes défendent fortement l’utilisation de tout le potentiel des outils numériques, pour que la fabrication digitale puisse complémenter le design traditionnel et les méthodes de construction. Afin de le rendre possible, les architectes sont devenus professeurs à l’ETH Zürich, une université de science et de la technologie qui propose des discussions sur les innovations technologiques, ainsi comme les débats sur les solutions aux défis mondiaux actuels.

LA RECHERCHE

Dans leur recherche, ils examinent les changements des exigences de production architecturale qui sont résultants de l’avancement des techniques de fabrication numérique. S’intéressant à la combinaison de données et de matériaux, ils centrent leurs travaux sur les conséquences de ce nouveau processus de pensée dans l’univers de la construction civile.

La possibilité de fabriquer directement les composants de la construction décrits sur l’ordinateur élargit, non seulement le spectre des possibilités de construction, mais la logique des matériaux et de la production dans le processus de conception. Elle crée une expression architecturale unique et une nouvelle esthétique.

« Our research focuses on additive digital fabrication techniques used for building non-standardized architectural components. Simply put, additive fabrication can be described as a three-dimensional printing process. By positioning material precisely where it is required, we are able to interweave functional and aesthetic qualities into a structure. We can thus “inform” architecture through the level of material. Our aim is to develop criteria for a new system of structural logic, which can be applied to architecture and that is intrinsic to digital fabrication. We started with modules such as bricks as a basic material and we are now expanding the spectrum to include fluid materials. »

PROJET MESH MOULD

Un de leurs projets sur la fabrication des sub-structures est centré sur l’unification de renforcement et de coffrage dans un système qui est fabriqué par un robot. Pendant le première phase de recherche, ils ont travaillé sur un processus d’extrusion en utilisant un bras robot pour que l’on puisse examiner les interdépendances entre la typologie de mesh et le comportement du béton. La deuxième phase, en partenariat avec le NCCR digital fabrication, a focalisé sur la transformation des extrusions structuralement faibles en polymères dans un système de construction porteur.

EXTRUDED STRUCTURES

Extruded Structures est le nom du cours élective d’eux à l’ETH Zürich, un espace pour explorer les potentiels des structures imprimées par les robots dans un ambiant académique. En commençant par des structures spatiales triangulaires, les élèves ont la possibilité de combiner différents polygones, comme rectangles et hexagones, pour arriver à l’impression des séquencés spatiales non standard. L’intérêt est de changer la manière de concevoir l’architecture.

D’autres stratégies de différenciation comprennent l’extension de la grille en trois dimensions, les supports en porte-à-faux, les ponts et les formes libres. Les résultats ont été directement intégrés à la conception et à la réalisation de l’installation « Iridescence Print » au Palais de Tokyo à Paris.

IRIDESCENCE PRINT

L’installation a eu lieu en 2015 dans l’exposition << L’Usage des formes / Artisans d’art et artistes >>, grâce au partenariat avec la Fondation Bettencourt Schueller et présentée pendant les Journées Européennes des Métiers d’Art. L’exposition traite sur la relation passionnée entre les créateurs et ses outils, en abordant les instruments comme des éléments fondamentaux au rapport de l’homme au monde. Selon ses développeurs, » L’outil est un objet qui permet d’extraire de l’information, de mesurer et de quantifier le réel et d’opérer des croisements fructueux entre la science, la technologie et l’artisanat. »

L’installation a été préfabriquée numériquement en 12 segments (représenté par l’image dessous) et après assemblée à Paris. Fabriqué à partir d’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) extrudé, il ne nécessitait aucun matériau supplémentaire pour l’assemblage ou le montage et est donc en principe entièrement recyclable. La structure en treillis, d’un volume de plus de 8 m³, a été adaptée aux différents paramètres de l’espace d’exposition. Elle contient une sélection de 24 artefacts et d’œuvres d’art distinctes dans son maillage intérieur. Afin de loger les pièces dans la structure, le treillis était pourvu d’encastrements et de consoles plus denses.

(a) Modèle géométrique spatial généré par ordinateur. (b) La vue dessous montre la séparation des sections/morceaux.

(a) Le montage expérimental du projet Extruded Structures utilisé pour l’installation d’Iridescence Print à l’exposition du Palais de Tokyo. Il est constitué de bras de robot légers équipés d’un effecteur d’extrusion pour le déploiement de plastique ABS dans l’espace. (b) Une structure maillée légère imprimée de manière robotique.

Technologie du Processus d’Extrusion

La fabrication de l’installation est faite à travers de bras robotiques à six axes à petite échelle avec des caractéristiques qui éliminent le besoin d’infrastructures de sécurité supplémentaires. Ces bras sont équipés de têtes d’impression personnalisées, avec la technologie d’extrusion de filament standard qui permet de reconstituer les composants. Un filament de 3 mm en polymère thermoplastique ABS était alimenté par une bobine de matériau par l’intermédiaire d’un système d’engrenage, alimenté par un moteur pas à pas unique dans une tête d’impression contenant un réseau de quatre résistances.

(a) Première génération de la tête d’impression construite sur mesure connectée à un boîtier de contrôleur. (b) Deuxième génération de la tête d’extrusion. Cette tête avancée et plus robuste a été développée pour le projet d’exposition.

L’installation Architecturale

La structure est onduleuse en plan avec une longer de 12m, une variation de hauteur comprise entre 1 et 2.8m et une épaisseur variable entre 0.25 et 0.5m. L’installation a été donc divisée en morceaux mesurant environ 1 m de long et comportant 50 couches. Elle est composé de plusieurs couches de maillage externes qui se connectent et se déconnectent périodiquement les unes des autres. Là où les deux mailles denses s’ouvrent, la cavité résultante sert pour afficher un ensemble d’objets à l’intérieur de la structure.

(a) L’espace formée par l’installation architecturale. (b) Exhibition d’un objet à l’intérieur de le structure.

Afin de préserver une production à pleine échelle, ils ont utilisé la combinaison d’un bras robotique léger et d’un système d’axe externe. Cela a permis de fabriquer les cloisons de la structure dans un volume de bâtiment maximal de 1,5 m · 1 m · 3 m (longueur · largeur · hauteur).

Les couches

Le nombre de couches ne variait pas sur la longueur de la structure, mais c’était possible de faire varier l’hauteur et de disposer des motifs continus. Chaque couche était divisée en trois parties horizontales pour que le robot puisse atteindre les différents positions de l’axe externe.

a) Partie faible: le premier côté de la cellule est la partie la plus critique de la fabrication puisque tous les autres éléments de la cellule se connectent à elle. b) Partie stabilisatrice: le deuxième côté de la cellule stabilise le premier côté et complète le premier triangle. (c) Partie de nœud: un petit mouvement circulaire crée un «nœud» qui aide à relier le premier et le deuxième triangle. (d) Partie de renfort: un renfort horizontal relie les cellules de chaque couche et soutient les éléments venant d’en haut.

La longueur des cellules varient entre 5cm pour les plus petites et 10cm pour les plus grandes. Vue que la structure compte avec environ 288 000 cellules, le total pour la trajectoire linear du robot arrive à 32km.

La structure n’as pas un poids très élevé si on considere que le volume contient des vides. Les treillis sont connues pour leur grande optimisation poids x résistance. Le triangle est la forme géométrique la plus forte, car les structures sont constituées de barres avec une section et une longueur petites.

Les caractéristiques du matériel

Le poids final ne s’élevé qu’à 75 kg, mesuré à partir de la quantité de matière utilisée pour le processus de production. La séquence du processus d’impression a été fortement influencé par les propriétés thermiques du filament en ABS.

La vitesse d’extrusion est adaptée à la vitesse de la machine afin d’obtenir une épaisseur de maille imprimée régulière. Vue que la quantité de matériau extrudé est constante, un mouvement plus rapide produit une maille plus fine.

La logique de fabrication

Pour coder la séquence de fabrication dans le cadre de la conception de l’installation, la couleur du filament change progressivement tout au long des pièces. Le filament de 3 mm a été produit à partir de granulés d’ABS et de petites quantités de pigment (blanc, bleu et / ou jaune) afin de créer des transitions de couleurs très légèrement saturées. La combinaison bleu-jaune a permis de faire la transition entre le bleu, le vert et le jaune, avec des parties blanches récurrentes entre les deux.

« For the ﬁlament production, a standard ﬁlament extruder was used. Instead of an elaborate laser measurement system for controlling the diameter, a gravity-based method to automatically create ﬁlament rolls was deployed. This also meant that the ﬁlament varied in thickness by –0.5 mm, which was absorbed by the robustness of the fabrication system. «

L’installation serpente en boucle dans l’espace d’exposition, créant ainsi un nouvel espace introverti englobant les espaces d’exposition interconnectés. Les relations entre résolution et transparence, entre matériau et son aspect visuel, et entre information et agrégation sont conçues pour équilibrer une multitude d’exigences esthétiques et fonctionnelles diverses.