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IN SITU FABRICATOR
Was wäre, wenn wir ganze Gebäude mit digital gesteuerten Maschinen direkt auf der Baustelle bauen könnten, anstatt Fabriken zur Vorfertigung von Bauteilen zu errichten? Der In situ Fabricator – ein umgebungsintelligenter, mobiler Bauroboter für die Fabrikation von Bauelementen direkt auf der Baustelle – ist eine Antwort auf diese Herausforderung.
Was wäre, wenn wir ganze Gebäude mit digital gesteuerten Maschinen direkt auf der Baustelle bauen könnten, anstatt Fabriken zur Vorfertigung von Bauteilen zu errichten? Können wir konventionelle Bauprozesse neu definieren, sie durch den Einsatz von Robotern erweitern, alternative Techniken zur Verbesserung der statischen Tragfähigkeit entwickeln, Bauabfall minimieren und dabei noch die Sicherheit der Arbeiter auf den Baustellen erhöhen? Der In situ Fabricator (IF) – ein umgebungsintelligenter, mobiler Bauroboter für die Fabrikation von Bauelementen direkt auf der Baustelle – ist eine Antwort auf diese Herausforderungen.
Sein integriertes Sensorik- und Steuerungssystem wurde dafür entwickelt, dass der Bauroboter automatisiert navigieren, seinen Endeffektor lokalisieren sowie Fabrikationsdaten bei unvorhergesehenem Materialverhalten anpassen und auf Fabrikationstoleranzen reagieren kann – ohne dass dabei externe Messsysteme benötigt werden.
Im Rahmen des Projektes DFAB HOUSE hat der IF vor Ort ein doppelt gekrümmtes Stahlgitter als Armierung für eine tragende Betonwand gefertigt, die unter Einsatz der Mesh-Mould-Technologie errichtet wurde. Unterstützt wurder dieser Prozess durch zwei komplementäre Kamerasysteme am Endeffektor des Roboters: Während des Bauprozesses bewegte sich der Roboter eigenständig entlang der gefertigten Gitterstruktur bewegt. Markierungen auf der Baustelle dienten dabei der Orientierung des Roboters: Eine Kamera am Endeffektor erfasste die Position dieser Marker, um die Position des Roboters im Verhältnis zu seiner Umgebung laufend zu bestimmen. Der IF fertigte das Gitter in vertikalen Schichtungen durch kontinuierliches Biegen und Schweissen von Bewehrungsstahl mit einem Durchmesser von 6 mm. Zwei weitere Kameras überwachten diesen Vorgang, so dass unvorhersehbares Rückfederungsverhalten und Verformungen der Gitterstruktur kontinuierlich korrigiert werden konnten. Dies verbesserte die Gesamtgenauigkeit der Fabrikation und ermöglichte es, die freistehende Struktur ohne zusätzliche Hilfskonstruktionen zu erstellen.
Die Gesamtproduktionsdauer für das 12 m lange, wellenförmige Stahlgitter im Erdgeschoss des DFAB HOUSE, das aus 335 Schichten und über 20’000 Schweissknoten besteht, nahm 125 robotische Arbeitsstunden in Anspruch. Während dieser Zeit positionierte sich der Roboter acht Mal selbständig neu.
Weitere Innovationen
Projektbeteiligte:
Leitende Forscher
Prof. Fabio Gramazio, Gramazio Kohler Research, ETH Zürich
Prof. Matthias Kohler, Gramazio Kohler Research, ETH Zürich
Prof. Dr. Jonas Buchli, Agile & Dexterous Robotics Lab, ETH Zürich
Involvierte Forscherinnen und Forscher
Dr. Kathrin Dörfler (Projektleiterin), Dr. Timothy Sandy, Dr. Markus Giftthaler, Manuel Lussi, Dr. Norman Hack, Alexander Nikolas Walzer, Dr. Nitish Kumar, Julio Ramon López Alonso, Lukas Stadelmann
Unterstützende Techniker
Michael Lyrenmann, Philippe Fleischmann
Bildrechte:
Gramazio Kohler Research, ETH Zürich oder Roman Keller.
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