title: Higher order : material feedback in robotic extrusion
Creators: name: Atanasova, Lidia
Publisher: name: TU Wien
Year: 2019
Subjects: subject: Computergestützte Simulation
subject: Integration digitaler Technologien
subject: Robotergesteuerte Fabrikation.
subject: Computational Design

description: Die Masterarbeit beschäftigt sich mit der Integration digitaler Technologien in dem physischen Bauprozess Fertigungsprozess mittels Sensoren, computergestützter Simulation und robotergesteuerter Fabrikation. Herkömmlicherweise müssen vor der CNC-gestützten Umsetzung von virtuellen Modellen in physische alle gestalterischen sowie konstruktiven Entscheidungen bereits getroffen sein und sich Materialien und Fertigungsprozesse vollständig deterministisch verhalten. Im Rahmen dieser Arbeit wird einen roboterbasierten Extrusionsprozess eines Kunststoff-Filaments untersucht, der es erlaubt, geometrisch komplexe Gitterstrukturen frei im Raum zu aggregieren. Das Verhalten des extrudierten Materials ist dabei teilweise unvorhersehbar. Es kommt während der Fertigung zu lokalen wie auch globalen Veränderungen der Struktur. Dies macht das Erfassen der Struktur während der Fertigung sowie das Nachführen und Anpassen von statischen Berechnungen notwendig und hat massive Auswirkung auf den Entwurfs- und Gestaltungsprozess. In einer Reihe von Fallstudien untersuche ich die möglichen Anwendungen des Feedbacks in der Prozessüberwachung, Werkzeugbahnkorrekturen sowie Entwurfsänderungen und -anpassungen. So wird die unmittelbare Verknüpfung von digitalen Entwurfs- und Simulationsprozessen und deren physische Umsetzung exploriert.
description: This work investigates possibilities of integrating physical environment into digital by allowing for deviations originating from varying material properties to gradually inform a custom fabrication strategy. Current material practices in architecture invest immense efforts in exploring new materials and determining their behaviour. Nevertheless the way of manipulating them remains unchanged, imposing materials a given shape rather than triggering its spontaneous behaviour. This results primarily from the division between design and fabrication processes. Decisions concerning the manufacturing are taken in advance and the fabrication is a mere execution of machine instructions, requiring that materials perform in a predictable fashion. However processes could be responsive and adapt to different conditions and react to changes. The presented work examines the potentiality of robotic fabrication based on additive manufacturing for iterative material aggregation informed by physical material behaviour. In a series of case studies material feedback proved crucial not only for correcting tool-paths and thus compensating for deviations but it enables a more general approach to materiality and formation processes. A plastic extrusion head deposits material in 3D space guided by a 6-axis industrial robot that is been remotely controlled. This setup has been extended by additional devices inputting information from the physical environment to the external control system. Due to the unpredictable material behaviour feedback position of structure parts in space from the deposited layer has been introduced to the process defining the subsequent tool-paths for the robotic end effector and hence the areas of material accumulation. This facilitates the customisation of a robotically controlled additive manufacturing where the design is not predefined and a result of automated fabrication, but the material is affecting the robotic tool-paths and thus participating in the genesis of form.