غرفه الیاف کامپوزیتی با الهام از طبیعت ساخته شد

مهندسان دانشگاه اشتوتگارت (University of Stuttgart) غرفه الیاف کامپوزیتی بگا (BUGA Fibre Pavilion) را توسعه داده‌اند که فناوری‌های محاسباتی پیشرفته را با اصول سازه‌ای موجود در طبیعت ترکیب می‌کند و تنها با استفاده از کامپوزیت‌های الیافی پیشرفته و به‌صورت رباتیک تولید می‌شود.

در زیست‌شناسی، بیشتر سازه‌های باربر از کامپوزیت‌های الیافی ساخته شده‌اند که از الیافی مانند سلولز، کیتین یا کلاژن تشکیل می‌شوند. این مواد توسط یک ماده ماتریس پشتیبانی می‌شوند. کارایی منابع و عملکرد شگفت‌انگیز سازه‌های زیستی از همین سیستم‌های الیافی ناشی می‌شود. سازمان‌دهی، جهت‌گیری و تراکم این الیاف به‌دقت تنظیم و به‌صورت موضعی تغییر می‌کند تا مواد فقط در جایی که لازم است قرار گیرد.

در غرفه الیاف کامپوزیتی بگا، که حاصل همکاری مؤسسه طراحی و ساخت محاسباتی (ICD) و مؤسسه سازه‌های ساختمانی و طراحی سازه (ITKE) دانشگاه اشتوتگارت است، محققان قصد داشتند این اصل زیستی سیستم‌های کامپوزیت الیافی بارمحور را به معماری منتقل کنند. آن‌ها از کامپوزیت‌های مصنوعی مانند پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه یا کربن برای ساخت این بنا استفاده کردند. این مواد ویژگی‌های بنیادین مشترکی با کامپوزیت‌های طبیعی دارند.

این غرفه از بیش از ۱۵۰ هزار متر الیاف شیشه و کربن که به‌صورت فضایی چیده شده‌اند ساخته شده است. هر یک از این الیاف باید به‌صورت جداگانه طراحی و قرار داده شود که دستیابی به آن با فناوری‌های تولید مرسوم دشوار است. بنابراین، مهندسان اجزای ساختمان را با روش سیم‌پیچی رشته‌ای بدون هسته (coreless filament winding) رباتیک تولید کردند؛ روشی که توسط دانشگاه اشتوتگارت توسعه یافته است. در این روش، رشته‌های الیافی توسط یک ربات بین داربست‌های چرخان سیم‌پیچی آزادانه قرار می‌گیرند.

در این فرایند، شکل از پیش تعیین‌شده ساختمان تنها از تعامل رشته‌ها پدیدار می‌شود و نیازی به هیچ قالب یا هسته‌ای نیست. این امر امکان ایجاد اشکال سفارشی و لایه‌بندی الیاف منحصربه‌فرد برای هر جزء را بدون تولید ضایعات برش مواد فراهم می‌کند.

در طول تولید، شبکه‌ای از الیاف شیشه شفاف ایجاد می‌شود که الیاف کربن سیاه بر روی آن در نقاطی که از نظر سازه‌ای لازم است قرار می‌گیرند. نتیجه، یک جزء بارمحور است.

این غرفه حدود ۴۰۰ متر مربع مساحت دارد و با غشای کاملاً شفاف ETFE که به‌صورت مکانیکی پیش‌تنیده شده است پوشیده شده است. سازه باربر اصلی تنها از ۶۰ جزء کامپوزیت الیافی سفارشی ساخته شده است. این سازه با وزن ۷.۶ کیلوگرم بر متر مربع، به‌طور استثنایی سبک است و تقریباً پنج برابر سبک‌تر از سازه فولادی متعارف است.

ترجمه و تنظیم: صما