Designer
蔡秉勳/Ping-Hsun Tsai
keyword
+ Sheet metal
+ Continuous folding
+ Digital fabrication
當今建築使用金屬版的方式多是將其分割後貼在建築的表面當作建築的皮層,這時候金屬的材料性僅剩下金屬光澤,僅有少數案例利用行架當作內層結構去展現金屬的彈性,但此時的金屬板去掉內層結構後是不具備獨自站立的型抗,但隨著時代的演進我們已經步入工業4.0及參數化時代,在時代的影響下我們製造更加快速便利;透過新的參數化工具我們更可以重新透過更精準的數據去閱讀事物,在現今我才有機會在短短的畢業設計中藉由這些工具重新組構金屬的材料性,包刮透過結構運算軟體去研究金屬形變後的物理特性,再透過物理運算軟體在電腦去模擬金屬板的形態變化並透過參數化工具和機械手臂輔助製造,並且研發出連去彎折工法克服現有摺床手動放樣和折線上的限制,最後運用這種工法快速的創造1:1三圍曲面去詮釋新的金屬薄殼的空間。
整個研究可以分為四大部分去簡述如何從一張鋁薄版到三圍曲面薄殼Pavilion的過程。
首先是從現今建築常用的獨立分割單元談起,何謂獨立分割單元,簡單來說就是對一個曲面去進行分割以方便製造和組裝,這種單元需要大面積的次結構和繁複的組裝才得以構成較大的薄殼空間,因此透過簡單的折疊單元製造和電腦模擬分析很快地瞭解其缺點並加以改良。
為了使曲面薄殼透過折疊的方法產生自己的結構,我嘗試將多個折疊單元組合成連續折疊單元,發現這種連續折疊單元不但可以延續折疊所產生的結構,還可以對其施加兩次外力產生兩次的形態變化,第一次是對整個單元的形變,例如將長條型的兩個端點距離縮短讓其拱成拱形,第二次是對上面分佈的折疊面去彎折,控制力量在曲面上的傳導以生成結構行為,也就是整個薄殼的形態是藉由兩次外力自然形塑而成,不再是從既有的曲面去進行分割,而是控制力量的傳導讓一張張鋁板折彎成他應該被形塑的狀態,整個金屬薄殼曲面是透過固定外力讓其產生穩定的狀態,也就是當固定點鬆開時曲面又會隨著時間回歸成原來攤平的有趣狀態。
也因為整個薄殼是透過複雜的彎折角度和結構計算而生成的,因此為了克服手工輔具一組輔具只能
彎折一種角度的限制;人工放樣的繁複以及鋁板加厚手臂力量的不足,開始使用機械手臂輔助製造,設計了第一組手臂工具透過機械手臂沖壓端點深度的不同去因應複雜的角度,但一次依舊只能彎折一個折疊面,透過參訪台灣現有的鐵加工廠發現現在使用的摺床僅能手動放樣且僅能彎折一條線性的折線,和第一組工具頭所產生的限制大致相同,因此第二組想嘗試設計了一次可以彎折多個折疊面的手臂工具頭,當你想要連續彎折一張單元時就必須要想辦法解決單元隨著折疊線從直線變成有夾角的折線而產生的不同形態變化,這問題不單單是透過滑軌和軸承等機械零件組合成靈活的輔具,還必須在單元上預先切割洩力線引導鋁板隨著輔具的限制去產生預期的形態變化,而沖壓路徑則是透過在電腦預先模擬彎折後的變化找出機械手臂沖壓的位置以及順序,因此前面電腦模擬鋁板材料性的研究也是不可或缺的,整組工具頭的大小則因應學校的最大工作範圍而設計成一次彎折六的折疊面,最後Continuous Metal-Folding Pavilion的折疊單元也因為此限制而去設計,但這組機械手臂輔具可以因應更大的工廠或工作範圍而去增加或縮放。
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