Med bara en knapptryckning, ETH-forskare stickar en textil som fungerar som det primära formelementet för böjda betongskal. Nu har de använt den nya tekniken för att skapa en fem ton tung betongkonstruktion för en utställning i Mexico City.

Hjärtat i det fyra meter höga böjda betongskalet är stickat. Strukturens formsättning är en textil som bärs upp av ett stålkabelnät. Prototypen KnitCandela markerar den första applikationen som denna teknik används i arkitektonisk skala. Strukturen är en hyllning till den spansk-mexikanska arkitekten Felix Candela (1910–1997) och ett samarbete med Zaha Hadid Architects Computation and Design Group (ZHCODE), och Arkitektur Extrapolerad (R-Ex).

En 55 kilos formsättning för 5 ton betong

Tekniken utvecklades vid ETH Zürich. Efter ett digitalt genererat mönster, en industriell stickmaskin producerade formningen av formen för skalstrukturen:på 36 timmar, den stickade en helformad, dubbelskiktad 3-D textil bestående av fyra långa remsor. Det undre lagret bildar det synliga taket – en designad yta med ett färgglatt mönster. Det övre lagret innehåller hylsor för kablarna i formsystemet och fickor för enkla ballonger, som, efter att hela strukturen är belagd med betong, bli ihåliga utrymmen som hjälper till att spara på material och vikt. Att tillverka en formsättning för en så geometriskt komplex struktur med konventionella metoder skulle kosta avsevärt mer i både tid och material.

På museets innergård, den stickade formsättningen spändes mellan en tillfällig gränsram och sprayades med en speciellt formulerad cementblandning. Detta första lager var bara några millimeter tjockt, men tillräckligt för att skapa en styv form; när det stelnade, konventionell fiberarmerad betong användes.

Det stickade tyget fördes till Mexico City i två resväskor – som vanligt incheckat bagage. Stickan väger endast 25 kilo och kabelnätet runt 30. Spännt mellan gränsramen, de stödde över 5 ton betongkurvor.

Stickning är det nya 3D-utskriften

Tekniken bakom KnitCandela har utvecklats av Mariana Popescu och Lex Reiter som en del av Schweiz National Center of Competence in Research (NCCR) in Digital Fabrication forskningsprojekt. Mariana Popescu är doktorand med Philippe Block, Professor i arkitektur och struktur vid ETH Zürich, medan doktoranden Lex Reiter studerar med Robert Flatt, Professor i fysikalisk kemi av byggmaterial.

Popescus forskning visar att användning av stickade textilier i arkitektoniska tillämpningar minskar materialet, arbete och avfall, och förenklar byggprocessen för komplexa former. Matthias Rippmann, projektledare för KnitCandela och senior forskare i Block Research Group, säger:"Det tog bara fem veckor från det första arbetet tills det slutfördes – mycket mindre tid än om vi använde konventionell teknik."

KnitCandela representerar också en utveckling av det flexibla formningssystemet som utvecklats för HiLo-taket:ett dubbelt krökt, tunnskalsbetongstruktur som Block Research Group utvecklade för Empas forsknings- och innovationsbyggande NEST 2017. För KnitCandela, ETH-forskarna tog fram det stickade skalet på en gång, medan HiLos skal var tillverkat av ett nätverk av stålkablar och en sydd textil.

Popescu säger:"Stickning erbjuder en viktig fördel att vi inte längre behöver skapa 3D-former genom att montera olika delar. Med rätt stickmönster, vi kan tillverka en flexibel formsättning för alla typer av skalkonstruktioner, fickor och kanaler bara genom att trycka på en knapp." För byggbranschen, 3D-utskrift är ett stort ämne. Philippe Block säger att, till en viss grad, hans grupps banbrytande metod är en ny form av 3D-utskrift, "bara det inte kräver en helt ny typ av maskin. En konventionell stickmaskin kommer att klara sig bra."