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 die 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 Leistung entwickeln, den Bauabfall minimieren und dabei auch 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 die Antwort auf diese Herausforderung.
Sein integriertes Sensorik- und Rechnungssystem wurde dafür entwickelt, dass der Bauroboter automatisiert navigieren, den Endeffektor lokalisieren sowie Fabrikationsdaten gemäss unvorhergesehenem Materialverhalten anpassen und auf Fabrikationstoleranzen reagieren kann – ohne dass dabei externe Messsysteme benötigt werden.

Im Rahmen des Projektes DFAB HOUSE fertigt der IF vor Ort ein doppelt gekrümmtes Stahlgitter als Armierung für eine tragende Betonwand, die mithilfe der Mesh-Mould-Technologie errichtet wird. Unterstützt wird dieser Prozess durch zwei komplementäre Kamerasysteme am Endeffektor des Roboters: Während des Bauprozesses bewegt sich der Roboter entlang der gefertigten Gitterstruktur. Die Baustelle ist mit Markern versehen, die der Orientierung des Roboters dienen: Eine Kamera am Endeffektor misst, wo die Marker positioniert sind, um die Lage des Roboters im Verhältnis zu seiner Umgebung zu bestimmen. Der IF fertigt das Gitter in vertikalen Schichtungen durch kontinuierliches Biegen und Schweissen von Bewehrungsstahl mit einem Durchmesser von 6 mm. Zwei weitere Kameras überwachen diesen Vorgang, damit unvorhersehbares Rückfederungsverhalten und Verformungen der Gitterstruktur kontinuierlich korrigiert werden können. Dies verbessert die Gesamtgenauigkeit der Fabrikation und ermöglicht es, eine freistehende Struktur ohne zusätzlichen Träger für das Stahlgitter zu bauen.

Die Gesamtproduktionsdauer für das 12 m lange, wellenförmige Stahlgitter im Erdgeschoss von DFAB HOUSE, das aus 335 Schichten und über 20’000 Schweissknoten bestehT, wird auf ungefähr 120 Stunden geschätzt. Während dieser Zeit muss der Roboter acht Mal neu positioniert werden.

Weitere Innovationen

Projektbeteiligte:
Leitende Forscher
Prof. Fabio Gramazio, Professur für Architektur und Digitale Fabrikation, ETH Zürich
Prof. Matthias Kohler, Professur für Architektur und Digitale Fabrikation, ETH Zürich
Prof. Jonas Buchli, Institut für Robotik und Intelligente Systeme, ETH Zürich

Involvierte Forscherinnen und Forscher
Kathrin Dörfler (Projektleiterin), Timothy Sandy, Markus Giftthaler, Manuel Lussi, 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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