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El Periódico del Azulejo | Lunes, 11 de diciembre de 2017

DISEÑO / DESIGN

La impresión de piezas cerámicas 3D brilla en Cevisama / Harvard researches on 3D printing at Cevisama


01/03/2017

 

Trans-Hitos, la Muestra de Cerámica para la Arquitectura de Cevisama, ha contado en la última edición con un espacio singular desarrollado por la Graduate School of Design de Harvard, en colaboración con Ascer.

El proyecto Ceramic Morphologies ha explorado las oportunidades que ofrece la tecnología de impresión en 3D con cerámica dentro del campo del diseño. Este trabajo ha sido desarrollado por investigadores y alumnos del departamento de Procesos y Sistemas de Materiales (MaP+S) de la Escuela de Diseño de la Universidad de Harvard, apoyado por el Instituto de Tecnología Cerámica de Castellón (ITC), encargado tanto de la fabricación del prototipo como del desarrollo de parte de la investigación de materiales. Concretamente, se trata de la construcción de un prototipo para la fabricación aditiva de componentes de construcción de cerámica a escala industrial.

El objetivo de esta instalación era destacar el potencial que la tecnología de la impresión 3D tiene para la cerámica, y probar la adaptación que los principios del calor termodinámico le confieren a la geometría de la impresión 3D. La forma y el diseño (un pabellón piramidal) son producto de una investigación sobre el comportamiento térmico de espacios ventilados de forma natural, resultante de la colaboración de MaP+S con Salman Craig y Matan Mayer del Harvard Center for Green Buildings and Cities. Mientras que la superficie exterior del pabellón es lisa y uniforme, la interior está muy contorneada y tiene una textura 3D. Además de crear una relación única entre el espacio interior y exterior, la geometría de esta superficie ondulada está relacionada con la investigación sobre dimensiones óptimas para la transferencia de calor termodinámico.

Toda la teoría térmica está incluida en la lógica del proyecto, tanto en la geometría de la superficie interior del pabellón y en la configuración de su forma en general. Su forma piramidal facilita que el aire se mueva ascendentemente, y la geometría interior afecta al intercambio térmico entre el aire del ambiente y la superficie interior. La textura contorneada y sinuosa de la superficie interior está diseñada para optimizar la proporción del área de la superficie respecto a la masa térmica, y así maximizar el potencial para la refrigeración a través de sistemas de ventilación natural y efectos de flotabilidad. El equipo del proyecto ha creado modelos matemáticos para predecir el comportamiento térmico del sistema.

El proyecto utiliza un sistema de extrusión de arcilla personalizado y una armadura de 3 ejes para producir cada una de las 552 piezas únicas del pabellón piramidal. Cada pieza tiene una medida que depende de su posición dentro de la estructura, las limitaciones técnicas de la base de impresión y de la longitud máxima del espacio de trabajo. Para ello, el equipo desarrolló un nuevo enfoque computacional para generar la geometría de la superficie del pabellón, subdividiendo la forma global (pirámide) en piezas individuales y adaptarlos a una estructura metálica. La geometría de la base del espacio de trabajo y el código de la máquina de impresión también se generan directamente desde el modelo paramétrico. El proceso de trabajo digital permitió al equipo de investigación acortar los procesos de secado y cocción, reduciendo consecuentemente el tiempo de impresión total de cada pieza, así como la cantidad de material utilizado, mejorando la estabilidad de cada una de las piezas.

Con 3 metros de alto y 3.2x3.6m de ancho, el prototipo consta de 552 elementos únicos que van desde 260-545mm de longitud, y 70-150mm de altura. Se muestran en la instalación 184 elementos que representan 1/3 de la estructura total. Los huecos entre las piezas permiten maniobras en la producción del prototipo. Los elementos se pueden unir con mortero para instalaciones permanentes o, como se optó en la instalación temporal de Cevisama 2017, apilados en seco y asegurados a un bastidor de soporte. En total, los 184 elementos que se muestran en la instalación actual requirieron 358 horas de impresión cerámica y 19.84km de arcilla extruida.

Trans-Hitos es la Muestra de Cerámica para la Arquitectura que se expone en Feria Valencia en el marco de Cevisama, un punto de encuentro esencial para la industria cerámica mundial y un dispositivo clave para conocer el pulso de este sector. En 2017, Trans/Hitos, que ya suma 13 ediciones, acude puntual a esta cita gracias al respaldo de Cevisama, desplegándose a lo largo de 600 m2.

Con el lema Inter-Acciones, su objetivo principal es el de dar a conocer, de un modo transgresor e innovador, los usos avanzados que puede tener la cerámica más allá del mero recubrimiento. Trans/Hitos 2017: Inter-Acciones expresaba las relaciones recíprocas y la evolución de nuestra interacción con la cerámica, que en la actualidad, y gracias a las impactantes innovaciones generadas a través de la I+D+i, la sitúan como uno de los materiales de referencia en el hábitat actual y futuro.

Equipo del proyecto: Professor Martin Bechthold, Director; Salmaan Craig, Lecturer in Environmental Technology; Nono Martínez Alonso; Jose Luis Garcia Del Castillo; Tiffany Cheng; Kevin Hinz; Namju Lee, Zhiwei Liao; Matan Mayer; Saurabh Mhatre; Zach Seibold, Santiago Serna González; Juan Pablo Ugarte
Patrocinadores: ASCER Tile of Spain, Cevisama
Coordinador: ITC: Javier Mira
Producción cerámica: Instituto de Tecnología Cerámica: Pilar Gómez Tena, Carmen Segarra Ferrando, Aroa Garcia Cobos
Instalación: Grupo on Market
Documentación: Fernando García del Castillo López

Ceramic Morphologies explores the design opportunities of a novel ceramic 3d printing strategy. The project was developed by researchers and students from the Material Processes and Systems (MaP+S) Group at the Harvard University Graduate School of Design.  Supplemented with production and material research by the Instituto de Tecnología Cerámica in Castellón, Spain, the project is a prototype for the additive manufacturing of ceramic building components at the industrial scale. 

The pavilion is meant to showcase the expressive potential of ceramic 3d printing, and test the adaptation of principles of thermodynamic heat transfer to 3d printed geometry.  The shape and design are products of current research related to the thermal performance of naturally ventilated spaces – the result of our collaboration with our colleagues Salman Craig and Matan Mayer from the Harvard Center for Green Buildings and Cities. While the exterior surface of the pavilion is smooth and uniform, the interior surface is heavily contoured and 3d textured.  In addition to creating a unique relationship between interior and exterior space, the geometry of this undulating surface relates to research on the optimal dimensions for thermodynamic heat transfer. 

The thermal agenda is embedded in the logic of both the pavilion’s interior surface geometry and the configuration of its overall form.  Its pyramidal shape facilitates upward air movement, and the interior geometry impacts the thermal exchange between ambient air and the interior mass/surface. The contoured, sinusoidal texture of the interior surface is designed to optimize the ratio of surface area to thermal mass, and maximize the potential for cooling through natural ventilation and buoyancy effects.  The project team has created mathematical models to predict the thermal behavior of the system. 

The project utilizes a proprietary clay extrusion system and 3-axis armature to produce each of the pavilion’s 552 unique ceramic elements.  Each element is sized according to its position within the structure, the dimensional constraints of the printing bed, and a maximum allowable toolpath length. The team developed a novel computational approach to generate the surface geometry of the pavilion, discretize the form into individual bricks, and accommodate for the structural metal frame.  Toolpath geometry and machine code is also generated directly within the parametric model.  The digital workflow enabled the research team to account for shrinkage during the drying and firing process, reduce overall printing time and material consumption, and tune the stability of individual bricks. 

Measuring 3 m tall, with a footprint of 3.2m x 3.6m, the pavilion consists of 552 unique elements ranging from 260-545mm in length, and 70-150mm in height.  184 elements, representing 1/3 of the entire structure, are displayed in the current configuration. Gaps between pieces allow for tolerances in the production. The modules can be bonded with mortar for permanent installations or, for temporary applications such as Cevisama 2017, can be dry-stacked and secured to a support frame.  In total, the 184 printed elements displayed required 358 hours of printing time, and include 19.84km (12.33 miles) of extruded clay bead.  

Under the motto Inter-Actions, the exhibition showcases, in a transgressive and innovative fashion, advanced uses of ceramics beyond mere coverings. Trans/Hitos 2017: “Inter-Actions” expresses the reciprocal relationships and evolution of our interaction with ceramics, which at present, driven by the striking innovations generated by R&D&I, make ceramics a key material in today’s and tomorrow’s living environment.

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