David Andréen, forsker og lærer ved Lunds Tekniska Högskola, er en av foredragsholderne på 3dp Build-konferansen den 20. april i Stockholm. David bedriver forskning innen biomimetikk, digital arkitektur og 3d-skriverteknikk. Hans kommende doktoravhandling kopler 3d-utskrevne byggkomponenter med hvordan naturen løser form og funksjon. Vi har intervjuet ham i forkant av hans presentasjon.
Du har sagt at dagens produksjonsprosesser begrenser kompleksiteten i de strukturene vi kan tilvirke. Hva mener du med det?
– Når den håndverksmessige byggeteknikken, der man hadde en stor evne til å skape unike, stedspesifikke og rikt dekorerte løsninger, ble industrialisert, ble den effektivere og billigere. Den innebar også at vi kunne bygge større, og ofte skape en mye bedre teknisk funksjon. Men prisen vi måtte betale var at det ble betydelig dyrere og vanskeligere å lage komplekse og ikke-standardiserte former.
– Det som nå skjer er at ny teknikk gir oss mulighet til å skape, på en industriell og mer økonomisk måte, strukturer som har mange av de egenskaper som tidligere var forbeholdt håndverksprodukter. Det dreier seg først og fremst om høy kompleksitet og høy spesifisitet. Det er selvsagt en rekke fascinerende konsekvenser av dette – sosiale, økonomiske og kulturelle, men det innebærer også en ny måte å skape funksjon på i en bygning og det er dette jeg er interessert i med min forskning.
Du benytter biomimetikk i din forskning, hva er det og hvordan kan det benyttes i arkitekturverden?
– Min forskning tar sitt utgangspunkt innen biologi, spesifikt studerer jeg termittsamfunn – både hvordan ”konstruksjonsprosessen” skjer, og hvordan termittuene fungerer som et funksjonelt organ. Det er en prosess som drives primært av form i stedet for materiale. For biologiske organismer er materialet kostbart, men formen billig. Tuene til termittene er lagd av enkle materialer som er arrangert i en unik og kompleks form som driver ulike funksjonelle prosesser. Disse prosessene bidrar til å skape de rette forutsetningene for termittenes livsmiljø.
– Det er mulig å tillempe liknende prinsipper på bygninger, der lokale, billige og holdbare materialer kan ”foredles” ved at de gis en form som bidrar till bygningens funksjon. I termittuen handler det for eksempel om strukturell integritet, luftflyt eller fuktvandring. Alle disse mekanismene kan potensielt utnyttes i en bygning, såvel som mange andre typer av funksjoner som er relevante for oss men ikke for termitter. Gjennom å drive funksjon fra form får vi også muligheten til å skape en dyp integrasjon av disse ulike prosessene i ulike byggekomponenter, i motsetning til dagens praksis der hver funksjon typisk separeres i en distinkt komponent eller bygningsdel.
Hvordan ser du på generativ design, der en programvare beregner frem en form ut fra ønskede egenskaper, og hvordan kan dette anvendes i arkitektens arbeidsprosesser?
– For å kunne håndtere den kompleksiteten som oppnås gjennom 3d-printing, og som kreves for denne typen av form-drevet og integrert funksjon, må vi tilpasse de designprosessene vi benytter. Generative prosesser tillater oss å håndtere kompleksitet gjennom å definere samband og relasjoner snarere enn former.
– I dagens situasjon ser vi en rask utvikling mot å benytte først og fremst parametriske designverktøy eller optimeringsverktøy. Disse kan ta oss et godt stykke mot den kapasiteten og den kunnskapen vi trenger, men de er på mange måter begrensede. For eksempel er det ofte i grunnen en lineær snarere enn integrert designprosess, og det er vanskelig å integrere ”harde” (som kan beskrives matematisk) med ”myke” (som vi oftest håndterer på en intuitiv måte) funksjoner. I stedet tror jeg at vi kommer til å kunne utvikle designmodeller som er mer lik en programmers arbeidsmåte, der algoritmer arbeider med å ”forhandle” frem løsninger ut fra visse ønskelige funksjoner og uttrykk som defineres av arkitekten.
Hva ser du som mest lovende med 3d-skriverteknikken for arkitekt- og byggeindustrien?
– At vi i løpet av en snar fremtid kommer til å ha etablert en forsyningskjede som gjør det mulig å integrere additive komponenter i bygningers klimatskall. Dette kan være alt fra hele fasade-elementer til mindre komponenter i størrelse som en keramisk flis, teglsten, eller innfestningspunkt. Nøkkelen til å lykkes med dette er dels å minske kostnadene, men også å skape en merverdi i arkitekturen. Å ”skrive ut” hele bygninger tror jeg er mindre interessant på kort sikt, det gjelder å utnytte den additive teknikken der den gjør mest nytte, og kombinere den med konvensjonelle metoder eller andre digitale teknikker der disse er mer egnede.
Hvilke krav stiller 3d-utskrevne byggkomponenter til materialene?
– Jeg tror at betong er litt passé, ettersom det er et så pass statisk materiale. Leire, keramikk, cellulose og liknende materialer har mer variable egenskaper. For meg innebærer det at vi kan manipulere flyten i bygninger, for eksempel varme- og fukttransport. Å kombinere disse materialene og deres egenskaper med former som bare 3d-skrivere klarer å tilvirke, da kan vi med enkle verktøy skape produkter som gjør veldig mye.
– Med tradisjonell tilvirkningsteknikk øker man kostnadene med hver ny funksjon, som ventilasjon og isolering. Men med en 3d-skriver for byggelementer kan vi legge til funksjoner i et element som gir merverdi uten å øke prisen ettersom vi bare manipulerer formen.
Hvordan anvendes 3d-skriverteknikken i arkitekt- og byggebransjen idag? Hvilke utfordringer løser teknikken etter din mening?
– Først og fremst for prototyper og visualisering, noe som er en positiv begynnelse, da dette skaper bevissthet og kunnskap, og driver teknikkutviklingen fremover. Men vi ser også fler og fler forsøk på å utvikle 3d-skrivere for bygningskomponenter. Disse er i dagens situasjon dyre i forhold til de kostnader som er typiske innen byggeindustrien, og har enn så lenge mange tekniske utfordringer å løse.
– Samtidig ser vi også stadig flere pragmatiske tilpasninger. For eksempel så har Laing O’Rourke utviklet en hybridprosess, der 3d-skriveren kombineres med en subtraktiv prosess for å kunne kombinere høy oppløsning med høy produksjonshastighet. De skriver ut støpeformer for fasadeelementer som man deretter støper i. Vi kommer sikkert til å få se flere slike typer av hybridprosesser ettersom de generelt er kostnadseffektive og kan overkomme mange av 3d-skriverteknikkens svakheter.
Hør mer om Davids forskning på konferansen 3dp Build den 20. april på Centralen 7A i Stockholm. Klikk her for mer info om konferansen.
