Compliant Folding

Beschreibung

Situiert im Kontext bio-inspirierter nachgiebiger Mechanismen für architektonische Anwendungen und adaptive Gebäudehüllen setzt sich diese Arbeit das Ziel, ein Rahmenkonzept für Design und Fertigung von bio-inspirierten nachgiebigen Faltmechanismen, die durch flexible Gelenkzonen ermöglicht werden, zu entwickeln. Dies beinhaltet einen methodischen Entwurfsansatz, bestehend aus der Abstraktion und Klassifizierung von biologischen Faltmechanismen, sowie einen sequenziellen Abstraktionsprozess der zugrundeliegenden Wirkprinzipien hinsichtlich deren kinetischen Verhaltens, Materialisierung und Aktuierung. Darüber hinaus wurde die geometrische Anpassungsfähigkeit der untersuchten Faltmechanismen evaluiert, insbesondere in Bezug auf die Anwendbarkeit auf verschiedene Tessellierungen für doppelt gekrümmte Flächen. Die gewonnenen Erkenntnisse bildeten die Grundlage für die Entwicklung einer Reihe von technischen Anwendungen auf Demonstrator-Ebene. Die funktionalen Fallstudien dienen nicht nur als Basis, um das etablierte Rahmenkonzept zu testen und zu evaluieren, sondern auch um verschiedene Fertigungs- und Materialisierungsstrategien, sowie aktiv gesteuerte Aktuierungsprinzipien zu definieren, zu testen und zu bewerten. Die ersten Kapitel bieten eine Kontextualisierung des Themas innerhalb des größeren Architekturdiskurses und geben einen Überblick über den Hintergrund, der die präsentierte Forschung beeinflusst hat, einschließlich bionischer Architektur, nachgiebiger Mechanismen und geeigneter Materialien. Dieser Teil der Arbeit schließt mit einer Darstellung aktueller Forschungsherausforderungen im Bereich kinetischer und adaptiver Gebäudehüllen und stellt eine Reihe von Projekten nach dem Stand der Technik vor.Kapitel drei enthält die Veröffentlichungen über die Entwicklung der vier Demonstratorprojekte Flectofold, Flexafold, Arch(k)inetic und den ITECH Forschungsdemonstrator 2018-19, sowie relevante Untersuchungen, welche die Grundlage für diese Arbeit zum Thema bio-inspirierte nachgiebige Faltmechanismen bildeten. Kapitel vier und fünf schließen die Arbeit mit einer Zusammenfassung und kritischen Reflexion der Ergebnisse sowie der Diskussion möglicher zukünftiger Entwicklungen im Bereich nachgiebiger Mechanismen für adaptive Gebäudehüllen ab.
Within the larger context of bio-inspired compliant mechanisms for architectural applications and adaptive building envelopes, this thesis aims for the establishment of a design and fabrication framework for bio-inspired compliant folding mechanisms, utilized by distinct flexible hinge-zones. This includes a methodological design approach, consisting of the abstraction and classification of biological folding mechanisms, as well as a sequential abstraction process of underlying working principles regarding kinetic behaviour, materialisation, and actuation strategies. Furthermore, the geometric adaptability and the design space of the established folding mechanisms has been evaluated, especially related to the applicability to different tessellation patterns for double curved surfaces. The insights built the basis for the development of a series of technical applications on a demonstrator level. The functional case studies serve not only as basis to test and evaluate the established design framework, but also to define, test and assess various fabrication and materialisation strategies, as well as actively controlled actuation principles. The first chapters provide a contextualisation of the topic within the larger architectural discourse and give an overview of the background which has influenced the presented research, including biomimetic architecture, compliant mechanisms and suitable materials. The section concludes with a presentation of current research challenges within the field of kinetic and adaptive building envelopes and introduces a series of sate of the art projects. Chapter three contains the publications about the development of the four demonstrator projects Flectofold, Flexafold, Arch(k)inetic and the ITECH Research Demonstrator 2018-19 and relevant investigations which built the basis for this thesis on the topic of bio-inspired compliant folding mechanisms. Chapter four and five conclude the thesis with a summary and critical reflection of the results, as well as the discussion of potential future developments within the topic of compliant mechanisms for adaptive building envelopes.

Autor*in

Axel Körner

Themen in »Compliant Folding«

Bionik Faltmechanismus Fassade kinetisch

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