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Software simple crea uniones de madera complejas

Tsugite

14 de Enero, 2021

Se trata de un sistema interactivo para diseñar y fabricar uniones de madera estructuralmente sólidas. La construcción de objetos de madera útiles requiere estructuras más complejas y formas específicas de conectar componentes entre sí. Investigadores crearon una nueva aplicación de diseño 3D para simplificar el proceso de diseño y también proporcionar instrucciones de la máquina de fresado para producir de manera eficiente los componentes. Los diseños no requieren clavos ni pegamento, lo que significa que los artículos fabricados con este sistema se pueden ensamblar, desmontar, reutilizar, reparar o reciclar fácilmente.

La carpintería es una práctica tan antigua como la propia humanidad. En partes iguales el arte y la ingeniería han dado forma al mundo que nos rodea, figurativa y literalmente. Sin embargo, a pesar de su presencia, la carpintería es una habilidad difícil y que requiere mucho tiempo, lo que genera precios relativamente altos para artículos de madera hechos a mano como muebles. Por esta razón, muchos muebles de madera que nos rodean a menudo, al menos hasta cierto punto, están hechos por máquinas. Algunas pueden estar altamente automatizadas y programadas con diseños creados en computadoras por diseñadores. Esto en sí mismo puede ser un desafío muy técnico y creativo, fuera del alcance de muchos, hasta ahora.

Investigadores del Departamento de Informática Creativa de la Universidad de Tokio han creado una aplicación de diseño en 3D para crear componentes estructurales de madera de forma rápida, sencilla y eficiente. La llaman Tsugite, la palabra japonesa para carpintería, y a través de una sencilla interfaz 3D, los usuarios con poca o ninguna experiencia previa en carpintería o diseño 3D pueden crear diseños para estructuras de madera funcionales en minutos. Estos diseños pueden instruir a las fresadoras para que tallen los componentes estructurales, que los usuarios pueden ensamblar sin necesidad de herramientas o adhesivos adicionales, siguiendo las instrucciones en pantalla.

La aplicación de diseño crea componentes estructurales de madera de forma rápida, sencilla y eficiente / U. de Tokio

“Nuestra intención era hacer que el arte de la carpintería estuviera disponible para personas sin experiencia específica. Cuando probamos la interfaz en un estudio de usuario, las personas nuevas en el modelado 3D no solo diseñaron algunas estructuras complejas, sino que también disfrutaron haciéndolo”, dijo la investigadora Maria Larsson. “Tsugite es fácil de usar, ya que guía a los usuarios a través del proceso paso a paso, comenzando con una galería de diseños existentes que luego se pueden modificar para diferentes propósitos. Pero los usuarios más avanzados pueden saltar directamente a un modo de edición manual para obtener más formas libres creatividad”.

Tsugite ofrece a los usuarios una vista detallada de las juntas de madera representadas por lo que se conocen como vóxeles, esencialmente píxeles 3D, en este caso pequeños cubos. Estos vóxeles se pueden mover en un extremo de un componente que se va a unir; esto ajusta automáticamente los vóxeles al final del componente correspondiente, de modo que se garantiza que encajarán firmemente sin necesidad de clavos o incluso pegamento. Se pueden unir dos o más componentes y el algoritmo del software como consecuencia se ajustará. Los diferentes colores informan al usuario sobre las propiedades de las uniones, como la facilidad con que se deslizarán, o problemas tales como posibles deficiencias.

Un diseño que mantiene las limitaciones físicas

Con Tsugite, los diseño físicamente imposibles simplemente no se ofrecen como opciones / U. de Tokio

Algo que hace que Tsugite sea único es que tendrá en cuenta el proceso de fabricación directamente en los diseños. Esto significa que las fresadoras, que tienen limitaciones físicas como sus niveles de liberación, tamaño de herramienta, etc., solo reciben diseños que pueden crear. Algo que ha afectado a los usuarios de impresoras 3D que comparten un ancestro común con las fresadoras, es que el software para impresoras 3D no siempre puede estar seguro de cómo se comportará la máquina, lo que puede dar lugar a impresiones fallidas.

“Hay una gran investigación en el campo de los gráficos por computadora sobre cómo modelar una amplia variedad de geometrías de juntas. Pero ese enfoque a menudo carece de las consideraciones prácticas de fabricación y propiedades del material”, dijo Larsson. “Por el contrario, la investigación en los campos de la ingeniería estructural y la arquitectura puede ser muy exhaustiva en este sentido, pero es posible que solo se ocupe de algunos tipos de uniones. Vimos el potencial de combinar las fortalezas de estos enfoques para crear Tsugite. Puede explorar una gran variedad de articulaciones y, sin embargo, mantenerlas dentro de límites físicos realistas”.

Otra ventaja de incorporar limitaciones de fabricación en el proceso de diseño es que los algoritmos subyacentes de Tsugite tienen más facilidad para navegar por todas las posibilidades que podrían presentar a los usuarios, ya que aquellas que son físicamente imposibles simplemente no se ofrecen como opciones.

Tsugite para la construcción de edificios

Instalación del arquitecto Kengo Kuma / completefinewoodworking

Los investigadores esperan que, a través de más refinamientos y avances, Tsugite pueda ampliarse para diseñar no solo muebles y estructuras pequeñas, sino también edificios completos.

“Según la ONU, la industria de la edificación y la construcción es responsable de casi el 40% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. La madera es quizás el único material de construcción natural y renovable que tenemos, y la carpintería eficiente puede agregar más beneficios de sostenibilidad”, dijo Larsson. “Cuando se conectan maderas con carpintería, a diferencia de las fijaciones metálicas, por ejemplo, se reduce la mezcla de materiales. Esto es bueno para clasificar y reciclar. Además, las juntas sin pegar se pueden desmontar sin destruir los componentes del edificio. Esto abre la posibilidad de que los edificios sean desmontados y reensamblados en otro lugar. O para reemplazar las piezas defectuosas. Esta flexibilidad de reutilización y reparación agrega beneficios de sostenibilidad a la madera”.

Esta investigación cuenta con el apoyo de la subvención JST ACT-I número JPMJPR17UT, la subvención JSPS KAKENHI número 17H00752 y la subvención JST CREST número JPMJCR17A1, Japón.


Escrito originalmente por University of Tokyo para ScienceDaily
Fotografía principal cortesía de rethinktokyo

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