In der alten Fabrikhalle des Geistlich-Areals in Schlieren ist es eisig kalt. Heiss ist nur die Schweissflamme des Roboters. Lautlos frisst sie sich dem Blechrand entlang und verbindet zwei aufeinander liegende, deckungsgleich geschnittene Blechstücke. Ein Vorgang, den man in tausenden Fabrikhallen beobachten kann. Aber nun greift ETH-Architekt Philipp Dohmen zum Kompressor, setzt ihn an ein Loch im Blech und bläst die verschweisste Konstruktion auf. Wie eine Luftmatratze. Nur dass es danach keinen Stöpsel braucht. Durch das simple Aufblasen verformt sich die Blechkonstruktion, behält diese Form von selbst bei und bekommt eine enorme Stabilität. Diese ist wesentlich höher als bei herkömmlich hergestellten Formen aus aufwändig gekanteten Blechen, da sich das Material selbst die optimale Form suchen kann.

Handelsübliche Blechplatten, ungewöhnliche Verarbeitung

Seit drei Jahren forschen Oskar Zieta als Doktorand und Philipp Dohmen als wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Ludger Hovestadt, Professor für Computergestütztes Architekturdesign (CAAD), an ihrer Technologie namens FIDU (Freie Innendruckumformung). Ein erstes Produkt war der Stuhl «Plopp», der zahlreiche Designpreise wie den Reddot-Design-Award erhielt. Im Test in der Prüfhalle der ETH hielt er 2,5 Tonnen aus. «Das liegt wohl deutlich über der Praxisanforderung und zeigt, was in der Technologie noch alles möglich ist», so Zieta schmunzelnd. «Plopp» war aber nur ein erster Schritt. Das Ziel ist, handelsübliche 0,5 - 2mm starke Blechplatten nach herkömmlichen Bearbeitungsschritten wie Laserschneiden und Schweissen durch eine werkzeuglose Umformmethode für neue Anwendungen in der Architektur zu nutzbar zu machen.

Schnell stiessen Zieta und Dohmen an die Grenzen der vorhandenen Infrastruktur. Der Schweissroboter, den sie nutzen konnten, war nur in der Lage, Blechplatten von maximal 1.50 Metern Grösse zu bearbeiten. «Das ist in der Architektur zu wenig. Man muss mindestens auf Stockwerkhöhe arbeiten können», erklärt Dohmen.

Nun hat der Lehrstuhl einen Roboter angeschafft, der 3 mal 6 Meter grosse Flächen verschweissen kann. Wegen der Platznot am Hönggerberg musste dafür ein Standort ausserhalb gefunden werden. Im Geistlich-Areal in Schlieren konnten sie schliesslich die vor dem Abriss stehende ehemalige «Knochenhalle» für einige Jahre mieten. Sie hat ihre Namen von den Knochen, die die Firma Geistlich dort für ihre Leimproduktion verarbeitete.

Freie Formen für tragende Elemente

Zieta und Dohmen haben nun endlich Platz, richtig loszulegen. Zieta: «An sich können wir jetzt fast jede beliebige Form herstellen. Sie muss nur auf eine Blechplatte passen.» Nach unzähligen Versuchen ist die Technologie so weit, dass freie Formen für alle Arten tragender Elemente möglich sind. Wenn die Technologie ausgereift ist, werden Architekten für tragende Konstruktionen nicht mehr auf Standardprofile beschränkt sein. Oder, wie es Dohmen formuliert: «Bei uns sind alles Standardformen, da wir alles in einer nahtlosen digitalen Kette produzieren werden. Das wird den Architekten vollkommen neue kreative Möglichkeiten eröffnen.» Die Platten werden mit einem herkömmlichen Laser geschnitten, vom Roboter aufeinander geschweisst und die Konstruktion mit einem handelsüblichen Kompressor aufgeblasen. So könnten Teile vorproduziert, platzsparend auf Paletten gestapelt zur Baustelle geschafft und dann an Ort und Stelle nur noch eben aufgeblasen werden, um ihr endgültiges Volumen zu erhalten.

Grundlagenforschungsprojekt angestossen

Um die Belastbarkeit und das Deformationsverhalten der Konstruktionen berechenbar zu machen, sind die Architekten vom Lehrstuhl für CAAD daran, in Zusammenarbeit mit den Teams von Pavel Hora, Professor für Virtuelle Produktion, Konrad Wegener, Professor für Produktionstechnik und Werkzeugmaschinen, und Peter Uggowitzer, Professor für Materialwissenschaft, ein Grundlagenforschungsprojekt zu starten. Denn die Materialeigenschaften nehmen Einfluss auf das Ergebnis: Die Elastizität des Bleches, die Dehnungswerte, selbst die Walzrichtung bei der Herstellung hat Einfluss auf die Formentwicklung.

Die Konstruktionen scheinen so leicht, dass ihre Tragfähigkeit selbst von Experten weit unterschätzt wird. Die Architekten brauchen daher allgemeingültige Werte, die die Stabilität berechenbar machen; auch diese sollen im Grundlagenprojekt entstehen. So entstand im Rahmen einer Seminarwoche eine 6 Meter lange Brücke, die anschliessend einem Belastungstest unterzogen wurde. Dohmen: «Wir haben Statiker eingeladen und gefragt, wie viel die Brücke wohl tragen wird. Mehr als 200, höchstens 300 Kilo wollte ihr keiner zutrauen.» Die 170 Kilo schwere Brücke brach, als Sandsäcke mit dem Gewicht von 1800 Kilogramm darauf standen.

Nun, da sie sich endlich nicht mehr auf anderthalb Meter Grösse beschränken müssen, können Dohmen und Zieta ganz neue Projekte in Angriff nehmen. Als nächstes wollen sie Rotoren für Windkraftwerke, wie es sie schon als Prototyp mit 1,5 Meter Durchmesser gibt, eine Nummer grösser bauen. Zudem stehen Projekte für Leitplanken, Strukturen für Fahrgastzellen im 1:1 Massstab und generell Bauteile im architektonisch relevanten Massstab – also in Geschosshöhe – an. Der Schweissroboter wird viel zu tun haben.

Prämierung an der Materialica 2009

Vergangenen Monat erhielt die Technologie der Freien Innendruckumformung (FiDU) an der Materialica in München den Design + Technology Award. Die Begründung der Jury: «Die Blechbearbeitungsmethode FiDU führt das Potential des Werkstoffes und die Freiheiten des Laserschweissens und -schneidens konsequent auch im Umformungsprozess fort und ermöglicht nichtlineare und komplexe Deformationen: Verformungen des Materials, die zu einer bislang nicht mit Blechen in Verbindung gebrachten Formensprache führen.»

Infos zum Projekt