Digitale Fertigung und Biomaterialien in der Architektur: Identität und Technologie verschmelzen

Geschnitzte Steine ​​waren die ersten Werkzeuge, mit denen Hominiden ihre Umwelt veränderten. Es ist spannend, sich vorzustellen, wie sich die von uns verwendeten Werkzeuge seit der Steinzeit – einer Zeit, die etwa um 10.000 v. Chr. begann – und dank des langen Evolutionsprozesses der Menschheit von einfachen Steinen zu komplexen Robotersystemen entwickelt haben. Diese Fortschritte stellen eine Revolution in den Produktionsmethoden dar, sowohl auf der aktuellen industriellen Ebene als auch auf lokaler Ebene.

Technologien wie künstliche Intelligenz (KI) und digitale Fertigungssysteme werden je nach Kontext als arbeitsersetzende Bedrohungen wahrgenommen. In Lateinamerika ist die manuelle Fertigung in einigen Sektoren tief verwurzelt, spezialisiert und kosteneffizient, sodass die digitale Substitution weniger dringlich ist. Im Gegensatz dazu bieten aus Pilzen oder Agrarabfällen gewonnene Biomaterialien umweltfreundliche Baualternativen und fördern Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft. Dies regt sinnvolle Diskussionen über das Potenzial der digitalen Fertigung an und erfordert ein Verständnis der lokalen Ressourcen und Herausforderungen. Damit wird der Grundstein für Biomaterialien gelegt, die die Identität bewahren und gleichzeitig Lösungen für lokale Probleme bieten.

Ob organisch oder anorganisch, Abfälle erfordern heute als unverzichtbare Ressource Aufmerksamkeit. Daher integrieren Initiativen wie Manufactura die digitale Fertigung und Abfallverwertung für neue Perspektiven. Dinorah Martínez Schulte, die Mitbegründerin dieses Projekts, gab uns Einblicke in das Potenzial dieser Prozesse und ihre Anwendung in einem Material wie Holz, das verwendet wird, seit unsere Vorfahren begannen, andere Materialien mit Stein zu formen.

Laut Martínez Schultes Forschung in Mexiko erreicht die jährliche Holzproduktion etwa 8 Millionen m³. Davon entfallen 70 % auf die Sägeindustrie, die rund 2,8 Mio. m³ Abfall, hauptsächlich Sägespäne, Späne und Rinde, erzeugt. Obwohl es derzeit Möglichkeiten gibt, Holzabfälle zu entsorgen, sind diese auf chemische Prozesse und Brennstoffe angewiesen.

„The Wood Project / Un Proyecto de Madera“ ist eine Forschungsinitiative, die in Zusammenarbeit mit La Metropolitana durchgeführt wird, einer lokalen Werkstatt, die in ihren Möbelherstellungsprozessen traditionelle Techniken mit Technologie kombiniert. Um ein alltägliches Problem anzugehen, verwendet das Projekt Sägespäne – die normalerweise weggeworfen werden – wieder, so dass täglich etwa 5-6 Säcke mit jeweils etwa 40 kg anfallen. Dies verringert nicht nur den Abfall, sondern berücksichtigt auch Sicherheitsbedenken aufgrund der Entflammbarkeit des Sägemehls und der Risiken für die Atemwege, wenn es in der Luft verbleibt.

Obwohl diese Holzabfälle an sich nicht besonders umweltschädlich sind, stellen die entsorgten Mengen eine beträchtliche Quelle für Rohholz dar und haben in Regionen Mexikos einen hohen wirtschaftlichen und kulturellen Wert. Im Rahmen dieses Projekts hat Manufactura ein Biokomposit auf Basis von Sägemehlresten des Tzalam-Baums (Lysiloma latisiliquum) erstellt. Diese Art ist im Südosten Mexikos, in der Maya-Region, heimisch und wird aufgrund ihres Aussehens, ihrer hohen Widerstandsfähigkeit und ihrer ästhetischen Merkmale mit rötlicher Farbe und ausgeprägten Adern sehr geschätzt.

Bei der Herstellung von Biokompositen schlägt Manufactura einen Ansatz vor, der zunächst die chemische Zusammensetzung der Materialien erfasst. Bei ihren ersten Projekten, bei denen sie mit Eierschalen arbeiteten, näherten sie sich dem Material, indem sie es als Kalziumkarbonat und, wie im Fall von Holz, als Zellulose betrachteten.

Nachdem sie mehrere Experimente zur Herstellung einer Mischung auf Zellulosebasis durchgeführt hatten, stellten sie fest, dass Sägemehl abhängig von der Maschine, aus der es entnommen wird, Veränderungen in seinem physikalischen Zustand im Zusammenhang mit der Bindung und Trocknung erfährt. Darüber hinaus begünstigte die Feuchtigkeit im Biokomposit das Pilzwachstum, weshalb sie mit Kalk und Gips experimentierten, um es zu neutralisieren. Nach der Entwicklung mehrerer Prototypen stellten sie außerdem fest, dass das Sägemehl der Kalibriermaschinen und der CNC-Fräse die optimalen physikalischen Bedingungen für den 3D-Druckprozess aufwies.

Die chemische Zusammensetzung ist die Grundlage von allem. -Dinorah Martínez Schulte

Der Übergang von einem subtraktiven zu einem additiven Herstellungsverfahren führte zur Erforschung neuer Ansätze. Um die modularen Fliesen aus dem Biokomposit herzustellen, war es notwendig, das Gewicht, die Dichte und den Wassergehalt jedes Materials zu kennen. Darüber hinaus wurden organische Bindemittel als Matrix sowie Kalk verwendet, der sich nach mehreren Tests als wirksamer gegen Pilzwachstum erwies.

Bei diesem Forschungsprozess arbeiteten sie mit dem Labor für Materialien und Struktursysteme der UNAM zusammen, was dem Projekt eine wissenschaftliche Perspektive verleiht. Nach zahlreichen Prozessen und Tests entsteht schließlich ein mit einem Bindemittel kombinierter Gusswerkstoff. Dieses Material wird dann mithilfe eines Extruders für halbflüssige Materialien, der an einem Roboterarm montiert ist, in einen plastischen Zustand umgewandelt.

Bei Tests stellte Manufactura fest, dass die Stücke die Eigenschaften der verwendeten Holzart beibehielten. Die ersten aus Kiefernholzabfällen hergestellten Stücke waren weniger steif und hatten eine hellere Farbe als die aus Tzalam hergestellten Stücke, die eine größere Härte und eine rötliche Farbe aufwiesen. In beiden Fällen waren diese Eigenschaften denen des Holzes im Originalzustand ähnlich. Das Zusammenspiel zwischen der Mischung, technischen Druckparametern (Extrusionsgeschwindigkeit und Geschwindigkeit des Roboterarms) und der Form der Teile führte zur Realisierung von drei Gittern; 72 Teile, jeweils 20 x 20 cm groß. Dieser dreiwöchige Druck- und Trocknungsprozess führte zu reproduzierbaren Teilen, die zur Skalierbarkeit zusammengesetzt werden können. Martínez Schulte betont die Notwendigkeit, Variablen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu berücksichtigen, die sich auf den Materialdruck auswirken. Teile trocknen normalerweise innerhalb von 5 bis 7 Tagen.

Um die Formen der Stücke zu bestimmen, wurden mehrere Prototypen erstellt, beginnend mit Grundgeometrien wie Kreisen, Quadraten und Dreiecken. Dieser Ansatz half dabei, die am besten geeignete Geometrie zu ermitteln. Martínez Schulte betont, dass durch das Testen verschiedener Geometrien ein besseres Verständnis des Materials erreicht wird. Dadurch wird es möglich, die Größe der Teile zu definieren, die Abstände zu reduzieren und zu erkennen, wo ein Füllmuster erforderlich ist.

Die digitale Fertigung verläuft nicht linear, sondern in einer Endlosschleife. -Dinorah Martínez Schulte

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Realisierung dieses Projekts dank der Synergie zwischen computergestütztem Design, den Vorteilen der digitalen Fertigung, Innovation im lokalen Kontext und Kreativität bei der Umwandlung von Holzabfällen in neue Materialien möglich war. Es unterstreicht auch, wie wichtig es ist, über Biomaterialien und digitale Fertigung nachzudenken, um lokale Probleme anzugehen und neue Gespräche auf der Grundlage der technischen und ästhetischen Qualitäten und Anwendungen von Biokompositen anzustoßen. Ob im professionellen Bereich durch die Arbeit in der Werkstatt oder aus der Akademie heraus, die mit Universitäten zusammenarbeitet, Manufactura und Dinorah Martínez Schulte schlagen einen Perspektivenwechsel in Bezug auf das vor, was als Verschwendung gilt.

Die Auswirkungen der digitalen Fertigung und von Biomaterialien werden in den verschiedenen Vorschlägen auf globaler Ebene beantwortet, insbesondere im Hinblick auf die damit verbundenen potenziellen Vorteile und Risiken. Fakt ist, dass sich diese Art von Materialien durchsetzen, indem sie die zeitgenössische Architekturproduktion sowie aktuelle Fertigungsmethoden zugunsten einer Kreislaufwirtschaft in Frage stellen. Wie Carlos Raúl Villanueva feststellte: „Architektur ist ein sozialer Akt schlechthin, Gebrauchskunst, als Projektion des Lebens selbst, verbunden mit wirtschaftlichen und sozialen Problemen und nicht nur mit ästhetischen Normen…“.