Dny Bundesgartenschau (BUGA), které jsou tradičním místem pro prezentaci trendů a novinek v oblasti urbanismu a architektury, patří minulosti. Kromě stromů a květin bylo možné na loňské akci BUGA v Heilbronnu obdivovat také unikátní dřevěný pavilon. Autoři jeho návrhu z Ústavu pro výpočetní design a stavbu Univerzity ve Stuttgartu (ICD) čerpali inspiraci z přírody. Od svého založení v roce 2008 ICD vyvíjí inovativní, počítačem podporované návrhy a konstrukční procesy. Rozsah potenciálních aplikací pro roboty je jednou z klíčových oblastí zaměření. Toho bylo zcela využito při výrobě inovativních dřevěných prvků pro pavilon BUGA. „Výrobní procesy pro komponenty jsou složité, nákladné a jedinečné. Tak, že je lze provádět pouze s pomocí robotů," vysvětluje Hans Wagner, výzkumný pracovník a doktorand na ICD.
V průběhu procesu návrhu požadovaného systému byl ICD podporován systémovým integrátorem BEC GmbH. Tato společnost se sídlem v Pfullingenu v Bádensku-Württembersku vyvíjí a integruje komplexní robotické systémy. BEC GmbH přitom využívá osvědčené roboty KUKA. Kromě dvouosého polohovacího zařízení DKP-400 měly při výrobě součástí dřevěného pavilonu hrát roli také dva roboty KUKA KR 500 FORTEC, kteří se používají k sestavování, lepení a frézování složek.
Dřevěný pavilon – skořepinová struktura inspirovaná přírodou
„Oblast biomimetického výzkumu je jednou z našich klíčových oblastí zaměření," vysvětluje profesor Achim Menges, ředitel ICD. „Tvary, materiály a struktury, které se vyskytují v přírodě, často vykazují vyšší stupeň materiálové účinnosti a funkčnosti než konvenční způsoby konstrukce." Inovativní skořepinová konstrukce dřevěného pavilonu je založena na přírodním jevu: skořápce mořského ježka. Skládá se z mnoha desek, které rostou nezávisle na sobě podle jejich polohy ve skořápce.
Stejně jako v případě mořského ježka je každý z 376 prvků pavilonu zcela jedinečný. Skládají se z dřevěných panelů a trámů z vrstveného řeziva. Uvnitř jsou kazety duté a jejich tvar se mění: jsou zde pětiúhelníkové, šestiúhelníkové a sedmiúhelníkové prvky, každý o tloušťce 16 cm. Jakmile jsou všechny komponenty smontovány, má pavilon rozměr 30 metrů – bez jakýchkoli nosníků nebo podpěr uvnitř. Tato forma lehké konstrukce je v globálním měřítku bezprecedentní. „Každý díl je šitý na míru pro svůj specifický účel, čehož je dosaženo plně automatizovaným způsobem," vysvětluje H. Wagner. Bez automatizovaného řešení, které je výsledkem spolupráce se společností BEC GmbH, by nebyl projekt proveditelný kvůli značnému množství potřebné práce.
Roboty vyrábějí komponenty plně automaticky
Plán výstavby pavilonu na papíře nenajdete; celá konstrukce byla navržena digitálně. „Informace týkající se jednotlivých komponent jsou generovány pomocí softwaru a přenášeny do robota," vysvětluje Matthias Buck, ředitel společnosti BEC GmbH. V systému spolupracují bezchybně dva roboty KUKA KR 500 FORTEC: nejprve robot 1 zvedne dýhovaný panel a umístí jej na KUKA dvouosý polohovač DKP-400. Panel je upevněn k polohovatelnému zařízení pomocí vakuové upínací technologie. Zatímco robot 2 nanáší lepidlo na základní panel, robot 1 zvedne nosník. Po jejich slepení je robot 2 navíc bezpečně spojí dřevěnými hřebíky. Tyto pracovní kroky se opakují, dokud nejsou všechny nosníky kazet spojeny. Poté robot 1 vyjme krycí panel ze zásobníku a umístí jej na lepidlo, které mezitím robot 2 aplikoval na nosník. Krycí panel je robotem 2 upevněn také pomocí hřebíků. Následně robot 1 umístí částečně kompletní kazetu na zásobník lisu. Jakmile ztuhne lepidlo, robot znovu zvedne kazety a umístí je na DKP-400. Robot 2 začne frézovat rohové obrysy a spoje a vrtat otvory pro „cvočky". Po dokončení všech frézovacích prací robot umístí kazetu do zásobníku hotových dílů.
Výhody použití robotů při výrobě dřevěných konstrukcí
„Je mnohem snazší spojit a obrábět kazety, když jsou do výrobního procesu zapojeny roboty," říká Hans Wagner, který uvedl klady využití robotů ve výrobě dřevěných konstrukcí. Protože lepidlo zůstává tekuté pouze po omezenou dobu a při jeho nanášení musí být dodrženy specifické podmínky, jako je vydávané množství a rovnoměrnost rozetření, hraje důležitou roli rychlost a spolehlivost. Navíc vzhledem k hmotnosti jednotlivých prvků - kazeta váží až 200 kg – roboty výrazně snižují pracovní zatížení.
Další výhodou je přesnost stavebních robotů: u frézovaných prvků je rozměrová tolerance menší než 0,3 mm. Roboty pracují efektivně, hospodárně a s velkou přesností, což umožňuje preciznost v částech tvořících pavilon. Roboty jsou také výjimečně přizpůsobivé: „Máme dokonce možnost provést změny v konstrukčním plánu určitých prvků během výrobního procesu," zdůrazňuje Matthias Buck.
Budoucnost robotů v dřevařském průmyslu a stavebnictví
Matthias Buck věří, že systém má před sebou velkou budoucnost: „Se svými ideálními přepravními rozměry může být systém dokonce nastaven a používán v prostorách výrobce nebo na staveništi." To nabízí stavebnictví a dřevařskému průmyslu inovativní příležitosti. Automatizované procesy jsou v současné době v tomto průmyslu využívány jen velmi málo. S využitím robotických systémů bude možné řešit rostoucí požadavky na větší množství a cenově dostupná řešení. Robot by se mohl v podstatě stát praktickým kolegou, který optimálně podporuje pracovníky, kteří čelí náročným pracovním postupům.