211service.com
Konsten att skriva ut i 3D
Som en del av vår särskilda rapport om tillverkning frågade vi Neri Oxman , en professor vid MIT Media Lab och en internationellt erkänd konstnär vars arbete är en del av den permanenta samlingen på Museum of Modern Art i New York, för att skapa en skulptur som skulle illustrera tillverkningens framtid. (Se ett galleri med bilder här.)
Det hon producerade, i samarbete med MIT materialvetenskap professor Craig Carter , är en kraftfull demonstration av möjligheterna med 3D-utskrift, med hjälp av tekniker som drar fördel av 3D-skrivarnas kapacitet på sätt som konventionella tillverkningstekniker inte kan.
3D-utskrift omfattar en rad olika tekniker – från bläckstrålehuvuden monterade på portaler som kan avsätta plast lager för lager för att bilda intrikata modeller, till nyare laserbaserade system som sintrar metallpulver för att göra hållbara delar för flygplan. 3D-skrivare har främst använts för prototyper, men de blir ett alternativ för tillverkning också, och kan så småningom även användas för att skriva ut byggnader, säger Oxman. Men designers och arkitekter har ännu inte lärt sig att dra nytta av sina möjligheter.
Oxman, som utbildade sig till arkitekt, säger att byggnader är designade idag med ett öga mot de komponenter de kan vara gjorda av - plywoodskivor, glasrutor, stålbalkar och betongpelare. Som ett resultat är dessa mönster begränsade, på samma sätt som legoklossar begränsar de former som barn kan bygga. Det finns liknande begränsningar inom konventionell tillverkning; det finns vissa former som helt enkelt inte kan byggas med befintliga formar och bearbetningsverktyg, och designers har varit tvungna att designa med dessa gränser i åtanke.
Oxman undersöker sätt att bryta med konventionellt designtänkande genom att titta på mönster och processer som finns i naturen och använda ekvationer som definierar dessa processer för att generera nya mönster. Resultaten är ofta överraskande former och strukturer som bara kan göras med 3-D-skrivare.
För att hjälpa till att utveckla de algoritmer som behövs har Oxman samarbetat med Carter. I vissa fall ger algoritmerna ny estetik, men de kan också ha praktiska tillämpningar – som att variera strukturen för att hjälpa till att bära belastningar. För en skulptur - en modell av en lutad schäslong - kombinerade teamet algoritmer hämtade från naturen med en karta över trycket en kropp utövar på en stol. Resultatet beror på var algoritmerna avgör att stolen måste vara mjuk för att ge komfort och var den måste vara styv för att ge stöd.
För skulpturen Oxman gjort för Teknikgranskning , hon och Carter hade inte samma strukturella begränsningar som en stol. De enda kraven var att resultatet skulle se ut som en kub, och att det skulle ha orden Making the Future på ena sidan. Den resulterande kuben är inte ett praktiskt föremål, men det illustrerar deras inställning till design.
Algoritmerna som definierar formen på skulpturen är baserade på naturliga processer. Den ena är uppblandningen av två vätskor. Vid höga temperaturer blir till exempel olja och vinäger helt lösliga, men när lösningen svalnar börjar de två vätskorna separeras.
Du skriver ner en uppsättning ekvationer baserat på vad du vet om termodynamik och materialkinetik, och ekvationerna utvecklar dessa strukturer som ser ut som vätskor som separerar, säger Carter. Den resulterande skulpturen ser ut som om den processen har frysts och en kub har skurits från mitten av vätskorna. För att göra bokstäverna introducerade Carter andra ekvationer som gjorde att en vätska attraherades till bokstäverna och den andra stöttes bort. (För att se en animering av hur vätskorna rör sig för att skapa bokstäverna, skapade av Carter, klicka här .)
Oxman och Carter pysslade med algoritmerna tills de nådde den slutliga formen de ville ha, och skickade sedan den resulterande datorstödda designfilen till 3-D-utskriftsföretaget Objet för att göra sex-tumskuben.
Tekniken som används för att göra kuben involverar en bläckstråleskrivare för att lägga ner ett lager av polymerbläck, som utsätts för ultraviolett ljus för att härda det. Detta kräver utskrift av en offerstödstruktur gjord av en mjuk polymer som kan blästras bort med en vattenstråle.
Oxmans design tänjer till och med på gränserna för befintliga 3D-skrivare - kuben var så komplex att det visade sig omöjligt att ta bort allt stödjande material från dess centrum. Men att tänja på gränserna för 3D-utskrift är delvis hennes mål. Hennes labb vid MIT utvecklar faktiskt nya typer av 3D-skrivare.
Oxmans labb utvecklas också robotsystem som skulle kunna trycka stora betongkonstruktioner för byggnader. Det nya robotsystemet designas för att kunna variera betongens densitet, vilket gör det möjligt att använda tät, stark betong där det behövs som stöd, och lätt, porös betong för icke-bärande väggar, för att spara materialkostnader . Så småningom kan det till och med vara möjligt att skriva ut betong som är så porös att den är genomskinlig, vilket minskar behovet av inomhusbelysning.
Oxman fortsätter att driva fram design med sin konst. Hon säger att tillvägagångssättet som används för Teknikgranskning kub kan fungera som grund för en av de 18 skulpturerna i en ny utställning hon utvecklar för Centre Pompidou i Paris. Utställningen öppnar i vår.