The digital era brings us the possibility to design complex geometries but the prioritization of form has relegated material properties and environmental impact. The result is heavy machining, excessive manual labor and intricate scaffolding on the construction site.Therefore, this thesis proposes a design based on intrinsic material properties and material programming to create self-constructing architectural building components. By combining hygroscopic properties of self-shaping wood actuators with the tunability of 3D printing, the functionality of each element can be extended. The resulting components can be fabricated and assembled flat and then dry to self-shape on site into their pre-programmed geometry, which then is locked once the final state is reached. The focus of this research therefore was the development of a custom design to fabrication workflow to achieve this goal. Based on a set of parameters extracted from physical fundamental tests, rules for the pattern design and actuator configuration were established. A finite element behavior simulation tailored to self-shaping hybrids was used to evaluate the success in approximating the intended geometry. From that a digital fabrication workflow was devised and the framework was tested through the production of physical prototypes at small and large scale. The presented research and prototypes show how self-shaping hybrids could be used as an alternative in the fabrication and construction of double curved components, reducing wasteful and laborious processes.
La era digital nos brinda la posibilidad de diseñar geometrías complejas pero la priorización de la forma ha relegado las propiedades materiales y el impacto ambiental. El resultado es intensivo mecanizado excesivo trabajo manual y un intrincado andamiaje en las obras de contrucción. Por lo tanto, esta tesis propone un diseño basado en las propiedades intrínsecas de los materiales y la programación de los materiales para crear componentes de construcción arquitectónicos autoconstruidos. Combinando las propiedades higroscópicas de los actuadores de madera autoconstruidos con la presición de la impresión en 3D, se puede ampliar la funcionalidad de cada elemento. Los componentes resultantes pueden fabricarse y ensamblarse en plano y luego secarse para autoformarse en el sitio en su geometría preprogramada, que luego se bloquea una vez que se alcanza el estado final. Por lo tanto, el foco de esta investigación fue el desarrollo de un flujo de trabajo de diseño a fabricación personalizado para lograr este objetivo. Basándose en un conjunto de parámetros extraídos de pruebas físicas fundamentales, se establecieron las reglas para el diseño del patrón y la configuración del actuador. Se utilizó una simulación del comportamiento de los elementos finitos adaptada a los híbridos autoformados para evaluar el éxito en la aproximación a la geometría prevista. A partir de ahí se ideó un flujo de trabajo de fabricación digital y se probó el marco mediante la producción de prototipos físicos a pequeña y gran escala. La investigación y los prototipos presentados muestran cómo los híbridos autoconformados podrían utilizarse como una alternativa en la fabricación y construcción de componentes de doble curvatura, reduciendo los procesos laboriosos y dispendiosos.
Citación recomendada (normas APA)
Karen Andrea; Ozdemir Antorveza Páez, "Hybrid Additive Manufacturing of Self-Shaping Building Components = Fabricación Aditiva Híbrida de Componentes de Construcción Autoconformados", Stuttgart (Alemania):-, 2020. Consultado en línea en la Biblioteca Digital de Bogotá (https://www.bibliotecadigitaldebogota.gov.co/resources/3711194/), el día 2025-05-24.
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