Design and optimization of free-form surfaces for modular concrete 3D printing

Tošić, Zlata; Eichenauer, Martin Friedrich; Ivaniuk, Egor; Lordick, Daniel; Krasić, Sonja; Mechtcherine, Viktor

doi:10.1016/j.autcon.2022.104432

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“…Parametric design enhances the adaptability of discrete design by adjusting parameter values to control the morphology and arrangement of discrete modules. For instance, Tošić et al [23] combined discrete differential geometry with the response surface methodology to perform the multi-objective optimization of globally parameterized shapes, exemplifying how parametric design can improve discrete design under specified constraints. However, the practical realization of these shell structures in actual construction projects remains pending.…”

Section: Parametric and Discrete Designmentioning

confidence: 99%

Digitalizing Industrialized Construction Projects: Status Quo and Future Development

Fan,

Chen,

Chen

2024

Applied Sciences

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The construction industry is being profoundly reshaped by the trends of industrialization and digitalization, which, when integrated, offer greater advantages than when applied in isolation. Despite an expanding body of research, a knowledge gap persists regarding the current state and future trajectory of this integration. This study utilizes both quantitative and qualitative review methods to elucidate recent advancements in digital technologies within industrialized construction projects. An analysis of 173 scholarly articles indicates that digital technologies primarily enhance efficiency, flexibility, visualization, and intelligence. The adoption of these technologies varies across different project stages, with a notable trend towards their convergence. However, the operation stage receives significantly less attention compared to the design, production, and construction stages. This study not only identifies specific research gaps for each project stage but also provides recommendations for future research, thereby paving the way for further advancements in the field.

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Section: Parametric and Discrete Designmentioning

confidence: 99%

Digitalizing Industrialized Construction Projects: Status Quo and Future Development

Fan,

Chen,

Chen

2024

Applied Sciences

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“…This case study from a research project conducted at TU Dresden focuses on mass customising modular, filigree, segmented shells' coupling and validating design with an additive manufacturing process [65]. The shells are generically applicable for constructions requiring larger spans and free areas, such as aesthetic roofs or pavilion buildings.…”

Section: Double-curved Shell Systemsmentioning

confidence: 99%

“…The necessary parameters to instantiate and orient all modules for the detailing of modules are computationally derived from the pq-mesh. For the given design model, the generation of fabrication information is also the subject of the research project, currently via the machine data-oriented programming language g-code [65]. The data exchange involves all data required for the developed additive manufacturing process, such as the description of the printing path of the thickened edges, the infill and textile reinforcement, the drilling position, the diameter, and the depth.…”

Section: Double-curved Shell Systemsmentioning

confidence: 99%

Modularisation Strategies for Individualised Precast Construction—Conceptual Fundamentals and Research Directions

Kolbeck,

Kovaleva,

Manny

et al. 2023

Designs

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Modular precast construction is a methodological approach to reduce environmental impacts and increase productivity when building with concrete. Constructions are segmented into similar precast concrete elements, prefabricated with integrated quality control, and assembled just-in-sequence on site. Due to the automatised prefabrication, inaccuracies are minimised and the use of high-performance materials is enabled. As a result, the construction process is accelerated, and the modules can be designed to be lightweight and resource-efficient. This contribution presents the fundamentals of modular constructions made from precast concrete components. Then, to elaborate the requirements of a contemporary modular precast construction, the historic developments are described. Further, concepts and technical processes–comprehensible to non-expert readers–are introduced to formalise the discussion about the current state-of-the-art methods. Three case studies treating ongoing research are introduced and related to the conceptual fundamentals. The research is evaluated with regard to current barriers and future directions. In conclusion, modular precast construction is able to reduce emissions and increase productivity in the sector if researchers and firms coordinate the development of suitable technologies that bring value to critical stakeholders.

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“…Während andere Industriezweige schon seit vielen Jahrzehnten in die Automatisierung und Rationalisierung ihrer Produktionsanlagen investieren und in der Folge enorme Produktivitätssteigerungen verzeichnen konnten, ist die Baubranche nach wie vor in weiten Teilen handwerklich geprägt und kann nur ein geringes Produktivitätswachstum vorweisen [1]. Die Forschung beginnt dabei bei der Geometriegenerierung [4,5], der modularen Zerlegung [6][7][8][9][10] sowie der Entwicklung von modularen Baukastensystemen [11]. Die fertigungsbedingten Toleranzen der Module sowie ihrer Schnittstellen werden analysiert bzw.…”

Section: Einführungunclassified

“…Räumliches Flächentragwerk aus 3Dgedruckten BetonrahmenIm folgenden Beispiel wird die Benchmarkaufgabe mithilfe der 3D-Drucktechnologie gelöst, die Gegenstand der Entwicklungen im SPP-Projekt ACDC (Adaptive Concrete Diamond Constructions) an der TU Dresden ist[4,23,44]. Ziel dieses Brückenentwurfs ist insbesondere, eine diskrete Schalenstruktur von 2D (in der Fläche) auf 3D (im Raum) zu übertragen.…”

unclassified

Modulare Fußgängerbrücken aus seriell hergestellten Betonfertigteilen

Rettinger,

Prziwarzinski,

Meyer

et al. 2023

Beton und Stahlbetonbau

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Modulare Baukonstruktionen ermöglichen die serielle und automatisierte Herstellung von Fertigteilen, welche kontrolliert in einem Fertigteilwerk produziert und anschließend auf der Baustelle in kurzer Zeit montiert werden können. Hierdurch können Herstellungsprozesse weitreichend optimiert und neue Technologien der automatisierten und robotergestützten Fertigung eingesetzt werden. Die Fertigung im Werk verringert Lärm, Staub und Stau auf den Baustellen und durch die Rationalisierung von Prozessen im Fertigteilwerk können Verschnitt‐ und Abfallmengen minimiert und somit Ressourcen eingespart werden. In der vor Witterung geschützten Umgebung können zudem Hochleistungswerkstoffe mit hoher Präzision verarbeitet werden, sodass deren Eigenschaften optimal ausgenutzt werden und eine hohe gleichbleibende Qualität erzielt wird. Von dem planenden Ingenieur verlangt modulares Bauen ein umfassendes Verständnis und die Berücksichtigung der Herstellungsprozesse sowie eine sorgfältige Planung aller Fügestellen des Tragwerks. Das Planungsteam steht vor der Herausforderung, trotz aller Anforderungen durch die Modularisierung, Rationalisierung und Fertigung ein funktionales, dauerhaftes und ästhetisch hochwertiges Bauwerk zu entwerfen. In den in diesem Beitrag vorgestellten Entwurfsstudien stellen sich die Autoren dieser Aufgabe, indem sie Technologien aus aktuellen Forschungsprojekten des modularen Betonbaus in einem einheitlichen Entwurfsszenario einer Fußgängerbrücke anwenden.

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Design and optimization of free-form surfaces for modular concrete 3D printing

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Digitalizing Industrialized Construction Projects: Status Quo and Future Development

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Modularisation Strategies for Individualised Precast Construction—Conceptual Fundamentals and Research Directions

Modulare Fußgängerbrücken aus seriell hergestellten Betonfertigteilen

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