David Andréen, forskare och lärare på Lunds Tekniska Högskola, är en av talarna på 3dp Build-konferensen den 20 april i Stockholm. David bedriver forskning inom biomimetik, digital arkitektur och 3d-skrivarteknik. Hans kommande doktorsavhandling kopplar 3d-utskrivna byggkomponenter med hur naturen löser form och funktion. Vi har intervjuat honom inför hans presentation.
Hej David! Du har sagt att dagens produktionsprocesser begränsar komplexiteten i de strukturer vi kan tillverka. Vad menar du med det?
– När den hantverksmässiga byggtekniken, där man hade en stor förmåga att skapa unika, platsspecifika och rikt dekorerade lösningar, blev industrialiserad, blev den effektivare och billigare. Den innebar också att vi kunde bygga större, och ofta skapa en mycket bättre teknisk funktion. Men priset vi fick betala var att det blev avsevärt dyrare och svårare att skapa komplexa och icke-standardiserade former.
– Det som nu händer är att ny teknik ger oss möjlighet att skapa, på ett industriellt och mer ekonomiskt sätt, strukturer som har många av de egenskaper som tidigare var förbehållet hantverksprodukter. Det handlar främst om hög komplexitet och hög specificitet. Det finns så klart en rad fascinerade konsekvenser av detta – sociala, ekonomiska och kulturella, men det innebär också ett nytt sätt att skapa funktion i en byggnad och det är detta som jag är intresserad av i min forskning.
Du använder biomimetik i din forskning, vad är det och hur kan det användas i arkitekturvärlden?
– Min forskning tar sin utgångspunkt inom biologi, specifikt studerar jag termitsamhällen – både hur ”konstruktionsprocessen” går till, och hur termitstackarna fungerar som ett funktionellt organ. Det är en process som drivs primärt av form i stället för material. För biologiska organismer är materialet kostsamt, men formen billig. Termitstackarna är gjorda av enkla material som är arrangerade i en unik och komplex form som driver olika funktionella processer. Dessa processer bidrar till att skapa de rätta förutsättningarna för termiternas livsmiljö.
– Det går att tillämpa liknande principer på byggnader, där lokala, billiga och hållbara material kan ”förädlas” genom att de ges en form som bidrar till byggnadens funktion. I termitstacken handlar det till exempel om strukturell integritet, luftflöden eller fuktvandring. Alla dessa mekanismer kan potentiellt utnyttjas i en byggnad, så väl som många andra typer av funktioner som är relevanta för oss men inte för termiter. Genom att driva funktion från form får vi också möjligheten att skapa en djup integration av dessa olika processer i olika byggnadskomponenter, till skillnad från dagens praxis där varje funktion typiskt separeras i en distinkt komponent eller byggnadsdel.
Hur ser du på generativ design, där en programvara beräknar fram en form utifrån önskvärda egenskaper, och hur kan detta appliceras i arkitektens arbetsprocesser?
– För att kunna hantera den komplexitet som uppnås genom 3d-printning, och som krävs för den här typen av form-driven och integrerad funktion, måste vi anpassa de designprocesser vi använder. Generativa processer tillåter oss att hantera komplexitet genom at definiera samband och relationer snarare än former.
– I dagsläget ser vi en snabb utveckling mot att använda främst parametriska designverktyg eller optimeringsverktyg. Dessa kan ta oss en bra bit mot den kapacitet och kunskap som vi behöver, men de är på många sätt begränsade. Till exempel är det ofta i grunden en linjär snarare än integrerad designprocess, och det är svårt att integrera ”hårda” (som går att beskriva matematiskt) med ”mjuka” (som vi oftast hanterar på ett intuitivt sätt) funktioner. I stället tror jag att vi kommer att kunna utveckla designmodeller som är mer lika en programmerares arbetssätt, där algoritmer arbetar med att ”förhandla” fram lösningar utifrån vissa önskvärda funktioner och uttryck som definieras av arkitekten.
Vad ser du som mest lovande med 3d-skrivartekniken för arkitekt- och byggindustrin?
– Att vi inom en snar framtid kommer att ha etablerat en supply chain som gör det möjligt att integrera additiva komponenter i byggnaders klimatskal. Detta kan vara allt från hela fasadsegment till mindre komponenter i storlek som en keramisk platta, tegelsten, eller infästningspunkt. Nyckeln till att lyckas med detta är dels att minska kostnaderna, men även att skapa ett mervärde i arkitekturen. Att ”skriva ut” hela byggnader tror jag är mindre intressant på kort sikt, det gäller att utnyttja den additiva tekniken där den gör mest nytta, och kombinera den med konventionella metoder eller andra digitala tekniker där dessa är mer lämpade.
Vilka krav ställer 3d-utskrivna byggkomponenter på materialen?
– Jag tror att betong är lite av en återvändsgränd, eftersom det är ett så pass statiskt material. Lera, keramik, cellulosa och liknande material har mer variabla egenskaper. För mig innebär det att vi kan manipulera flöden i byggnader, till exempel värme- och fukttransport. Att kombinera dessa material och deras egenskaper med former som bara 3d-skrivaren klarar att tillverka, då kan vi med enkla verktyg skapa produkter som gör väldigt mycket.
– Med traditionell tillverkningsteknik ökar man kostnaderna med varje ny funktion, som ventilation och isolering. Men med en 3d-skrivare för byggelement kan vi addera funktioner i ett element som ger mervärde utan att öka priset eftersom vi bara manipulerar formen.
Hur används 3d-skrivartekniken i arkitekt- och byggbranschen idag? Vad löser tekniken för utmaningar enligt dig?
– Främst för prototyper och visualisering, vilket är en positiv början då det skapar medvetenhet och kunskap, och driver teknikutvecklingen framåt. Men vi ser också fler och fler försök att utveckla 3d-skrivare för byggnadskomponenter. Dessa är i dagsläget dyra relativt de kostnader som är typiska inom byggindustrin, och har än så länge många tekniska utmaningar att lösa.
– Samtidigt ser vi också allt fler pragmatiska tillämpningar. Till exempel så har Laing O’Rourke utvecklat en hybridprocess, där 3d-skrivaren kombineras med en subtraktiv process för att kunna kombinera hög upplösning med hög produktionshastighet. De skriver ut gjutformar för fasadelement som man sedan gjuter i. Vi kommer säkert att få se fler sådana typer av hybridprocesser eftersom de generellt är kostnadseffektiva och kan överkomma många av 3d-skrivarteknikens svagheter.
Hör mer om Davids forskning på konferensen 3dp Build den 20 april på Centralen 7A i Stockholm. Klicka här för mer info om konferensen
