Möbel- und Oberflächengestaltung mit CAD- und CNC-Technologie. Inspirationen in C - BM online

Möbel- und Oberflächengestaltung mit CAD- und CNC-Technologie

Inspirationen in C

CNC und CAD/CAM bedeutet bekanntermaßen weit mehr als rationelles Produzieren: das kreative Potenzial der neuen Technologien bietet noch große Reserven für innovatives Design, alternative Konstruktionen und attraktive Oberflächengestaltung.

In den letzten 15 Jahren hat das Computer Aided Design (CAD) Industrie und Handwerk nachhaltig verändert. In allen großen Design- und Konstruktionsbereichen hat sich neben dem CAD auch das Computer Aided Manufacturing (CAM) etabliert, um Entwürfe in physische Realität umzusetzen. Hinzu kommt: Die CAD/CAM Technologie ist in den letzten Jahren immer günstiger geworden, so dass der durchgängige Einsatz der neuen Technologien auch in Tischlereien und Schreinereien zunehmend an Bedeutung gewinnt. In der Regel werden die Maschinen allerdings nur innerhalb der traditionellen Strukturen und überwiegend nur zur Rationalisierung und Individualisierung der vorhandenen Produktion eingesetzt. Die innovativen und kreativen Möglichkeiten der Nutzung digitaler Fertigungstechnik werden in den meisten Betrieben nicht einmal im Ansatz genutzt.

Einige markante Beispiele zeigen die kreative Bandbreite der Gestaltung, sowie innovative Einsatzmöglichkeiten der CNC Technologie für den Möbelbau und zur Bearbeitung von Oberflächen aus Holz und Holzwerkstoffen.
Man kann grundsätzlich zwei Einsatzbereiche der CNC-Technologie im Möbel- und Innenausbau unterscheiden: die eher zweidimensionale Materialbearbeitung durch Sägen, Bohren, Fräsen oder Profilieren und die Methoden zur mehrdimensionalen Bearbeitung von Körpern oder sehr komplexen Oberflächen.
Digitale Holzverbindungen
Ein großes Potential der zweidimensionalen Technologie liegt in der Fähigkeit von CNC-Maschinen hochkomplexe Holzverbindungen zu fräsen, die nach der Herstellung zusammengesteckt werden und zum Teil ohne zusätzliche Verbindungsmittel alle Lasten kraftschlüssig übertragen. Circa 50 solcher „digitalen Holzverbindungen“ wurden vom C-Labor der Hochschule für Gestaltung in Offenbach entwickelt und liegen als Datensatz auf CD-Rom vor.
Im Rahmen des Weiterbildungsangebotes „Digitaler Möbelbau“ der Organisation Baufachfrau Berlin e.V. wurden mehrere dieser digitalen Verbindungen als Grundlage für Möbelentwürfe genutzt und teilweise weiter entwickelt. Ziel des Projektes war es, die innovativen Einsatzmöglichkeiten der CNC-Technologie für die Praxis im Tischlerhandwerk aufzuzeigen und den Teilnehmer/innen zugänglich zu machen. Drei Beispiel stehen stellvertretend dafür, dass gerade im Bereich der Holzverbindungen noch viele CNC-Möglichkeiten stecken.
Der Massivholztisch von Ruth Brinkmaier weist gleich drei Besonderheiten auf: Beine und Zarge werden mit Hilfe elliptischer Zapfen verbunden, viertelkreisförmige Zapfen verbinden zudem die Beine mit der Platte und die Tischplatte selbst wird aus negativ-positiv Formen zweier Holzarten zusammengesetzt. Christian Gmelin versah Gestell und Beine seines Tisches mit einer Überplattung, die eine 15° Fase aufweist. Die Elemente werden um einen runden Zapfen ineinander gedreht und formschlüssig arretiert. Susanne Wöhrnle entwarf eine zwei Personen Liege, deren Rückenlehne verstellbar ist. Die Liege wurde verschnittoptimiert konzipiert, denn Bein und Rippe sind durch ein halbes Taubenschwanz-Eckblatt miteinander verbunden.
Oberflächengestaltung: Ornament und Gravur
Oberflächen von Plattenmaterialien können auf vielfältige Weise gestaltet werden. Einfache Lochmuster verleihen den Betten vom „Atelier Andreas Hausmann“ ihre Leichtigkeit und Funktionalität.
Der patentierte Kinder-Kippelhocker in Form eines Vogels von der Designerin Marion Kielhorn zeigt, dass auch kleine und filigrane Teile mit CNC-Bearbeitungszentren hergestellt werden können. Konturen für Beine und Schnabel wurden beidseitig in das Holz graviert, Fräslinien und Material mussten hierfür nur gespiegelt werden. Die Londoner Designergruppe „Unto This Last“ fräst aus mehrfarbigen Trespa-Platten bierdeckelgroße Untersetzer, in die feine Muster graviert sind. Und nicht nur das: die website (www.untothislast.co.uk) dieser Gruppe ist eine Fundgrube für digitale Entwürfe.
Die gestalterischen Möglichkeiten der Oberflächenbearbeitung mit CNC-Technologie interessieren auch den Faserzementhersteller Eternit AG: die Ergebnisse des Studentenwettbewerbs 2003 zeigen interessante Möglichkeiten der Bearbeitung von Plattenwerkstoffen für Werbebanner, Lampen, Trennwände, Sichtblenden oder auch Fassadenplatten. Die von den Architekturstudentinnen Chiara Castellan und Irène Leuthold aus Zürich gestaltete Oberfläche lässt durch den gezielten Versatz von unterschiedlich großen Perforationen, je nach Distanz zur Platte, eine mehrschichtige Wirkung entstehen. Der Beitrag von Raul Castano befasst sich mit dem Thema Ornament. Durch Einfräsen von wellenförmigen Vertiefungen oder radialen Mustern in die Plattenoberfläche wird eine ornamentale Tiefenwirkung erzielt. Seine Oberfläche wurde nicht mehr gezeichnet, sondern computergestützt entworfen, das heißt generiert.
Neue Wege in der Oberflächengestaltung mit CNC-Technik hat die 1996 gegründete Pariser Architektengruppe Objectile beschritten. Sehr schön zeigt sich dies an der Kollektion CNC-gefräster Flachpaneele mit 3D-Texturen für Dekorplatten, Trennwände und Türen. Ihre Muster sind programmgesteuert zu variieren und werden kundenindividuell angefertigt. Diese Platten sind auch im deutschen Markt verfügbar . Diese Platten und Paneele sind auch in Deutschland erhältlich (www.objectilediffussion.com, Bezugsquelle: msd, Stefan Schliebusch, 45239 Essen-Werden, Tel 0201-8496827;www.objectilediffussion.com).
Dreidimensionale Objekte
Während runde oder Freiformkonturen mit herkömmlichen CNC-Maschinen und Basissoftware problemlos aus Plattenwerkstoffen zu fräsen sind, können dreidimensionale skulpturale Objekte nur auf CNC-Bearbeitungszentren hergestellt werden, die eine größere Bearbeitungshöhe in Richtung der z-Achse zulassen und mit entsprechender 3D-Software bestückt sind. Am Architekturdepartment der ETH Zürich werden Studierende seit Jahren an die Gestaltung von komplexen dreidimensionalen Oberflächen mit CNC Technologie herangeführt. Die Experimente münden in Prototypen für Lampen, Sitzobjekte oder Wandpaneele. Damit die CNC Maschine die Fräsbahnen lesen kann, muss eine geschlossene Oberfläche erzeugt werden.
Die von mir entworfene Skulptur „Torus“ beruht auf einer einfachen geometrischen Figur, die dreidimensional mit der Software „Maya“ modelliert bzw. mit deren Skriptsprache „mel“ programmiert wurde. Durch geringfügige Änderungen des Skriptes könnten unzählige Varianten entstehen, die jedes Objekt zum Unikat werden lassen.Die Daten aus der Software Maya wurden in das Iges-Format umgewandelt und in SurfCam importiert, einem Programm, mit dem spezifische Fräspfade definiert werden können, die auf der Oberfläche als Texturen (z.B. Rillen) sichtbar bleiben. Die Bearbeitung der CNC-Fräse kann daraufhin mit einer 3-D Simulation grafisch am Bildschirm abgefahren und auf Fehler (zum Beispiel Unterschnitte) überprüft werden. Erst dann werden die Daten in den g-Code übersetzt, der vom CNC-Bearbeitungszentrum gelesen wird. Der Fräsvorgang wurde zuerst an einem Styropormodell getestet, bevor es an das eigentliche Material ging, einem Klotz aus verleimten, schwarz durchgefärbten MDF-Platten. Die Bearbeitung an der CNC-Fräse erfolgte von zwei Seiten mit jeweils zwei Fräsvorgängen, einem Grob- und einem Feinschnitt.
Experimentelle Ansätze: Pavillon „x-cube“
Im Rahmen des Nachdiplomstudiums an der ETH Zürich war ich 2004 in einer Forschungsgruppe tätig, die mit generierten Strukturen experimentiert hat. Die Aufgabe bestand in der Entwicklung eines Pavillons und seiner Realisierung mit CNC-Technologie. Ein Ziel der Forschungsarbeit war es, weder Entwurfs- noch Konstruktionszeichnung von Hand aufzureißen, sondern diese ausschließlich mit Hilfe des Computers zu generieren.Als äußere Begrenzung der Form wurde ein Würfel gewählt. Der Würfel wurde in eine Anzahl ebener Scheiben zerlegt, die sich kreuzen und untereinander räumlich verschneiden. Sie bilden eine heterogene zelluläre Struktur, von der ein kleineres kubisches Volumen subtrahiert wurde, so dass ein Innenraum entsteht. Die Differenz zwischen äußerem und innerem Würfel ergibt die Wandstärke der Struktur. Durch die Verwendung von Parametern können viele verschiedene Strukturen generiert werden. In einem weiteren Programmschritt wird die Geometrie der Struktur optimiert.Auf der Modelllaserschneidmaschine sowie einem Gipsdrucker wurden Prototypen aus Plexiglas, Schaumstoff, Pappe bzw. Gips hergestellt. Zum Transport und Aufbau sollte der Hauptprototyp (2,6 x 2,6 x 2.6 m) in einzelne tragbare Elemente zerlegt werden, die ohne Werkzeuge auf- und abgebaut werden können. Er wurde mit einer 3-Achs CNC-Bearbeitungszentrum erstellt und ist aus Multiplexplatten gebaut, dessen Verbindungselemente als Überblattung mit Drehknebelverbinder ausgeführt wurden. Insgesamt entstand eine Serie von gebauten Strukturen, die vom Entwurf bis zur Konstruktion mit Hilfe des Computers generiert, optimiert und gefertigt wurden. ■

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