Krummes Ding -Zur Formgestaltung mit digitalen 3D-Technologien
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„Grundformen, unter sinnvollen Spielregeln entwickelt,<br />
bilden die Grundlage für exemplarische ästhetische<br />
Werte.“<br />
Alfred Hückler<br />
<strong>Formgestaltung</strong> <strong>mit</strong> <strong>digitalen</strong> <strong>3D</strong>-<strong>Technologien</strong><br />
artecLAB<br />
Mai 2006<br />
1/35
Thomas Kuby<br />
1956-60<br />
1956-60<br />
Werkzeugmacherlehre,<br />
Werkzeugmacherlehre,<br />
Volkswagenwerk<br />
Volkswagenwerk<br />
Wolfsburg<br />
Wolfsburg<br />
1963<br />
1963<br />
Abitur<br />
Abitur<br />
auf<br />
auf<br />
dem<br />
dem<br />
2.<br />
2.<br />
Bildungsweg,<br />
Bildungsweg,<br />
München<br />
München<br />
1964<br />
1964<br />
Grundstudium<br />
Grundstudium<br />
Industrial<br />
Industrial<br />
Design<br />
Design<br />
Engineering,<br />
Engineering,<br />
Illinois<br />
Illinois<br />
Institute<br />
Institute<br />
of<br />
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Technology<br />
Technology<br />
(IIT),<br />
(IIT),<br />
Chicago<br />
Chicago<br />
1968<br />
1968<br />
Diplomstudium<br />
Diplomstudium<br />
Industriedesign,<br />
Industriedesign,<br />
Hochschule<br />
Hochschule<br />
für<br />
für<br />
Gestaltung<br />
Gestaltung<br />
(HfG),<br />
(HfG),<br />
Ulm<br />
Ulm<br />
1970<br />
1970<br />
Master<br />
Master<br />
Degree<br />
Degree<br />
Studium<br />
Studium<br />
Industrial<br />
Industrial<br />
Design<br />
Design<br />
Engineering,<br />
Engineering,<br />
Royal<br />
Royal<br />
College<br />
College<br />
of<br />
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Art<br />
Art<br />
(RCA),<br />
(RCA),<br />
London<br />
London<br />
1970-72<br />
1970-72<br />
Projektleiter<br />
Projektleiter<br />
der<br />
der<br />
Intermediate<br />
Intermediate<br />
Technology<br />
Technology<br />
Development<br />
Development<br />
Group<br />
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(ITDG),<br />
(ITDG),<br />
London<br />
London<br />
1973-76<br />
1973-76<br />
Planer<br />
Planer<br />
der<br />
der<br />
Universität<br />
Universität<br />
Bremen<br />
Bremen<br />
für<br />
für<br />
den<br />
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Studiengang<br />
Studiengang<br />
Arbeitslehre/Politik<br />
Arbeitslehre/Politik<br />
1977-81<br />
1977-81<br />
Assistent<br />
Assistent<br />
für<br />
für<br />
das<br />
das<br />
Fach<br />
Fach<br />
„Technik<br />
„Technik<br />
und<br />
und<br />
Gesellschaft“,<br />
Gesellschaft“,<br />
Technische<br />
Technische<br />
Universität<br />
Universität<br />
Berlin<br />
Berlin<br />
1982-85<br />
1982-85<br />
Freier<br />
Freier<br />
Gutachter<br />
Gutachter<br />
für<br />
für<br />
Angepasste<br />
Angepasste<br />
Technologie<br />
Technologie<br />
1985-87<br />
1985-87<br />
Technologieberater<br />
Technologieberater<br />
der<br />
der<br />
Deutschen<br />
Deutschen<br />
Gesellschaft<br />
Gesellschaft<br />
für<br />
für<br />
Technische<br />
Technische<br />
Zusammenarbeit<br />
Zusammenarbeit<br />
(GTZ)<br />
(GTZ)<br />
in<br />
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Tansania<br />
Tansania<br />
1988-05 Mitarbeiter der Stabsstelle für Unternehmensorganisation und<br />
1988-05 Mitarbeiter der Stabsstelle für Unternehmensorganisation und<br />
Evaluierung,<br />
Evaluierung,<br />
GTZ<br />
GTZ<br />
und<br />
und<br />
Weltbank<br />
Weltbank<br />
Lebt<br />
Lebt<br />
heute<br />
heute<br />
als<br />
als<br />
künstlerischer<br />
künstlerischer<br />
Gestalter<br />
Gestalter<br />
in<br />
in<br />
Bremen.<br />
Bremen.<br />
2/35
Klassifizierung von Formen<br />
Die Architektur unterscheidet drei Formkategorien:<br />
• geometrisch definierte Formen<br />
• durch Gesetze der Statik bestimmte Formen<br />
• frei gestaltete Formen<br />
3/35
Naturformen<br />
Das nur auf anthropogene Formen bezogene Schema der Architekten reicht für<br />
eine Erörterung von Formübergängen nicht aus.<br />
Ein allgemeingültiges Schema muss <strong>mit</strong> dem Formenreichtum der Natur<br />
beginnen.<br />
4/35
Anthropogene Formen<br />
Den Naturformen gegenüber stehen die vom Menschen geschaffenen,<br />
anthropogenen Formen. Die von Architekten unterschiedenen Formentypen –<br />
geometrisch, gesetzmäßig und frei – gehören in diese Kategorie.<br />
Allerdings gehören zu den geometrischen Formen heute nicht nur die<br />
Grundkörper, sondern auch komplexe Freiform-Geometrietypen wie Splines,<br />
Coons oder Bézier-Flächen, die mathematisch beschrieben sind und deshalb<br />
als gesetzmäßig erzeugt gelten können.<br />
Es genügt also, unter den anthropogenen Formen lediglich zwei Kategorien zu<br />
unterscheiden:<br />
Anthropogene<br />
Formen<br />
Gesetzmäßige<br />
Formen<br />
Freie Formen<br />
5/35
Gesetzmäßige Formen<br />
Das Merkmal ist die Abhängigkeit der Formgebung von objektiven, die Freiheit<br />
des Gestalters einschränkenden Gesetzen – der Statik, aber auch der<br />
Aerodynamik, der Hydrodynamik, der Kinetik und ganz allgemein der<br />
Mathematik.<br />
aerodynamische Form kinetische Form mathematische Form<br />
6/35
Freie Formen<br />
Das Merkmal der freien Formen ist die un<strong>mit</strong>telbare Kontrolle des Gestalters<br />
über jeden einzelnen Schritt der Formgebung.<br />
Freie Formen sind immer von Menschen gemacht. Der in seinen geistigen und<br />
körperlichen Fähigkeiten spezifisch geprägte Mensch bringt sie innerhalb der<br />
durch Material und Verfahren gezogenen Grenzen hervor.<br />
Stahlskulptur von Chillida<br />
Töpfer<br />
7/35
Formkategorien<br />
Universum der<br />
Formen<br />
Naturformen<br />
Anthropogene<br />
Formen<br />
Gesetzmäßige<br />
Formen<br />
Freie Formen *<br />
(*) Nicht zu verwechseln <strong>mit</strong> komplexen<br />
Geometrietypen, die als „Freiform“<br />
bezeichnet werden.<br />
8/35
Kategorie der „prozessgenerierten Formen“<br />
Jede Form geht auf einen Prozess zurück, aber die Eingriffsmöglichkeiten des<br />
Gestalters sind unterschiedlich:<br />
Der Töpfer formt eine Vase im direkten Zugriff, der Ingenieur bestimmt die Form<br />
des Brückenbogens, indem er Rahmenbedingungen definiert und einen<br />
Rechenprozess in Gang setzt, der die Form hervorbringt.<br />
Der Gestalter steuert den Prozess; er kann da<strong>mit</strong> die resultierende Form global<br />
beeinflussen, aber nicht im Einzelnen bestimmen.<br />
Alle Naturformen sind prozessgeneriert.<br />
9/35
Modifiziertes Schema<br />
Naturformen<br />
Universum der<br />
Formen<br />
Anthropogene<br />
Formen<br />
Gesetzmäßige<br />
Prozessgenerierte<br />
Formen<br />
Freie Formen<br />
10/35
Prozessgenerierte Formen der Natur<br />
Alle Naturformen sind „prozessgeneriert“.<br />
Sie beruhen auf natürlichen Abläufe wie Erosion, Gezeiten, Gravitation,<br />
Vulkanismus, Wachstum und Zerfall.<br />
Durch Erosion geglättete Basaltfelsen<br />
11/35
Kunst und Technologie<br />
Formen, die auf gesetzmäßig ablaufende Prozesse zurück gehen, schufen<br />
bisher vor allem Ingenieure und Architekten.<br />
Heute transzendieren gesetzmäßige Formen zunehmend den Bereich der<br />
zweckhaften Technik:<br />
• häufig haben Ingenieurformen eine starke ästhetische<br />
Ausstrahlung (Brücken, Schiffe, Flugzeuge, Maschinenbauteile)<br />
• digitale <strong>Technologien</strong> machen technische Analyse- und Entwurfsverfahren<br />
für künstlerische Zwecke verfügbar und eröffnen neue<br />
gestalterische Möglichkeiten<br />
Dazu jetzt etwas „krummes Zeug“<br />
12/35
„Flexion“<br />
Das Beispiel bezieht sich auf den Entwurf und die Herstellung einer 6 m<br />
hohen Edelstahlskulptur für das neue Verwaltungsgebäude der GTZ in<br />
Eschborn.<br />
13/35
Ausgangspunkt<br />
Ein dreifach gegabelter Buchenstamm<br />
war der Ausgangspunkt für den Entwurf.<br />
14/35
Bearbeitung<br />
Die Astgabel wurde entlang der Mittelachsen<br />
gespalten.<br />
15/35
Modellbau<br />
Mit Stahldraht und Schrumpffolie wurde<br />
die Ausgangsform für ein 30 cm hohes<br />
Modell hergestellt.<br />
16/35
Auftrag<br />
Anhand des 1:20 Modells erteilte die GTZ<br />
den Herstellungsauftrag.<br />
17/35
Übertragung vom Modell ins Virtuelle<br />
<strong>Zur</strong> Übertragung des Modells in ein <strong>3D</strong>-<br />
Programm reichten 15 Messpunkte.<br />
18/35
CAD-Konstruktion<br />
Die Nachkonstruktion des Entwurfs <strong>mit</strong><br />
SOLID WORKS hatte zahlreiche Vorteile:<br />
• Durch die exakte Definition der<br />
Kanten (Splines) sowie der Vorderund<br />
Rückseite (Minimalflächen) wurde<br />
die ästhetisch gewünschte Präzision der<br />
Form erreicht<br />
• Der Datensatz für die CNC-Fertigung<br />
entstand<br />
• Gewicht, Volumen, Material und Statik<br />
konnten bauantragsreif dokumentiert<br />
werden<br />
19/35
Übertragung vom Virtuellen ins Reale<br />
Mit einer 5-Achsen CNC-Fräse wurden<br />
die Gussmodelle aus Styropor hergestellt.<br />
20/35
Fräsen<br />
Der Rohguss wurde <strong>mit</strong> einer 5-Achsen<br />
HS-Fräsmaschine in die exakte Form<br />
gebracht.<br />
21/35
Technologische Brücke<br />
1:20 Modell virtuelles 1:1 Modell<br />
Naturform<br />
reale Form<br />
Im Falle der „Flexion“-Skulptur gab es <strong>mit</strong> CAD und CNC eine durchgehende<br />
technologische Brücke von der freien Form des Modells ins Virtuelle und<br />
zurück in die reale Form.<br />
22/35
Neue gestalterische Möglichkeiten<br />
Digitale Entwurfs- und Produktionstechnologien<br />
erleichtern nicht nur den<br />
Übergang vom Modell zur realen Form;<br />
sie eröffnen auch neue Möglichkeiten,<br />
eine gegebene Form zu untersuchen und<br />
zu variieren.<br />
Ein Beispiel sind die Variationen der<br />
20 cm hohen Brozeskulptur “Hollen“.<br />
23/35
Flächenrückführung<br />
Das handgefertigte Modell wurde <strong>mit</strong><br />
einem billigen <strong>3D</strong>-Scanner abgetastet.<br />
Die Flächenrückführung war aufwändig<br />
und führte - da der Scanner Kanten und<br />
Hinterschnitte der komplexen Freiform<br />
nicht sauber abbilden konnte - zu einem<br />
nur halbwegs originalgetreuen virtuellen<br />
Abbild.<br />
24/35
„…sich der Welt zählend nähern“<br />
Mit einer selbst gebauten Messvorrichtung<br />
konnten die charakteristischen Kanten der<br />
Form vermessen werden.<br />
_______________________________________________________________________<br />
Die Vorrichtung ist als künstlerisch-technische Hommage an die so genannte<br />
„algorithmische Revolution“ gedacht, die Frieder Nake wie folgt charakterisiert hat:<br />
„Das Prinzip ist hier, sich der Welt zählend zu nähern, die Zahl zum Maß zu nehmen, und<br />
nicht die Welt auszulegen, sich schmiegend an sie zu legen.“<br />
25/35
Rekonstruktion über Linien<br />
Aus den charakteristischen Linien wurden<br />
<strong>mit</strong> RHINO Oberflächen erzeugt und<br />
diese <strong>mit</strong> SOLID WORKS in ein echtes<br />
Volumenmodell umgewandelt.<br />
Linie<br />
Fläche<br />
Mit dem virtuellen Modell waren<br />
Transformationen möglich, die <strong>mit</strong> der<br />
realen Skulptur nicht zu machen gewesen<br />
wären.<br />
Körper<br />
26/35
Profile<br />
In die Ebene abgewickelte Profile – über einer<br />
Lichtquelle<br />
27/35
Schnitte<br />
Drei Schnitte als Siebdruck.<br />
Auch kleine<br />
Werke können<br />
große Vorbilder<br />
haben…<br />
28/35
Inspiration<br />
Scherenschnitte von<br />
Matisse<br />
29/35
Andere Wege zu prozessgenerierten Formen<br />
Formen aus Bewegungen<br />
Ein Die Fischer-Modell, Versuche waren das hinsichtlich einen<br />
Glühdraht konkaver Flächen über 4 Achsen interessant, steuert<br />
(X, konvexe Y, Z und Flächen Rotation) ließen sich da<strong>mit</strong><br />
jedoch nur schwer erzeugen.<br />
30/35
Andere Wege zu prozessgenerierten Formen<br />
Formen aus Gleichungen<br />
Do@ParametricPlot<strong>3D</strong>@8<br />
Cos@uD,<br />
Sin@uD+n2Cos@vD,<br />
H1-nLHv-PiL+n2Sin@Hn+1LvD
Zusammenfassung<br />
Die digitale Revolution hat die Möglichkeiten zur Herstellung und Analyse<br />
prozessgenerierter Formen stark erweitert.<br />
Es gibt sichere Brücken von der realen zur virtuellen und zurück zur realen<br />
Form.<br />
Vom Durchgang durch den virtuellen Raum können Freiformen der Kunst, der<br />
Architektur und des Design erheblich gewinnen:<br />
• Präzision<br />
• mechanische Reproduzierbarkeit<br />
• Transformation in andere Darstellungsformen<br />
• Variabilität<br />
32/35
Fragen<br />
Von der Form zur Formel: Gibt es systematische Wege, um beliebige Formen<br />
mathematischen zu beschreiben?<br />
Von der Formel zu Form: Wie können mathematische Funktionen in ein<br />
Programm zur Steuerung von Mehrachsenmaschinen umgesetzt werden und<br />
welche konstruktiven Alternativen gibt es für solche Maschinen?<br />
Vom Realen ins Virtuelle: Gibt es Alternativen zur Flächenrückführung, <strong>mit</strong><br />
denen sich beliebige Volumenkörper – z.B. aus charakteristischen Linien -<br />
erzeugen lassen?<br />
Transformationen: Lassen sich Standardverfahren zur systematischen<br />
Variation einer gegeben Form entwickeln?<br />
33/35
Vorhaben<br />
Ein Raum,<br />
in dem eine<br />
einzige Form in<br />
verschiedenen<br />
Darstellungsweisen<br />
diskutiert<br />
wird.<br />
34/35
Vielen Dank!<br />
35/35