Experimentación y fabricación digital

En esta parte del proyecto de investigación cambiamos los medios para generar nuestro módulo paramétrico.

Si bien hemos estudiado ya las ventajas de las tecnologías tanto CAD como BIM, es el momento de cambiar de dibujos geométricos, CAD, a un dibujo evolutivo formado por una cadena de procesos que nos permitan la modificación inicial con un resultado en tiempo real del objeto.

El software de diseño paramétrico nos permite la configuración de esta cadena de procesos, empezando por los valores básicos (alto, ancho, profundidad, radio), proporcionando un producto editable según los valores antes mencionados.

Selección de software.

Analizando distintos software BIM, como Sketchup, Archicad, Revit Architecture, logramos ver que éstos nos proporcionaban objetos más puntuales, y con poca libertad en el modelado del objeto se recibe una doble configuración (módulos interiores + forma del objeto). Por lo que

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optamos por una variante más, un software que combina las propiedades del CAD con las ventajas del BIM a través de diversidad de componentes. Rhinoceros 5, nos permite un dibujo libre como Autocad, y su correspondiente modelado como en 3D Max o SketchUp, y sumando su pluggin más conocido grasshopper, tenemos una combinación ideal para la configuración de un circuito de valores fijos y dinámicos que nos permitan maleabilidad en el producto final.

Imagen 4-34 Portada de inicio de grasshopper.

Fuente: http://www.arch2o.com/the-power-of-open-source-in-design-blessing-or-curse/

Grasshopper como creador de algoritmos, predispuestos a reglas que siguen un orden, permite la alteración libre de los valores dentro de los pasos sucesivos, obteniendo el producto final.

Para ello puede necesitar de elementos que ya se encuentren previamente dibujados en rhino, o los podemos crear aquí, pero para ello necesitamos a rhino, pues grasshopper funciona a través de él, (configuración-interface), al tomar el entorno de trabajo prestado a este segundo, siendo su principal necesidad la de los planos y vectores en los que se van a desenvolver los valores de grasshopper.

Imagen 4-35 Portada de inicio de grasshopper.

Fuente: http://blog.es.rhino3d.com/2011/01/formacion-de-grasshopper-en- frankfurt-y.html

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Preparación de módulo y pluggins necesarios.

Lo primero es la forma de nuestro módulo base, de esta manera podrá ser seleccionado desde los pluggin y modificado a conveniencia del circuito, como una geometría suya.

A este módulo, realizado en rhino, se lo dibuja dentro de un rectángulo de 1m. * 1m., siendo así un factor de escala 1:1, y en el momento de insertarlo dentro de grasshopper puede ser escalado por cualquier otro valor a conveniencia del producto final.

Imagen 4-36 Módulo inicial en Rhino.

Fuente: Los Autores, 2016.

Dentro de grasshopper seleccionamos el módulo y procedemos a ocultarlo, así no interferirá en la visualización del resto de parámetros del circuito. Ya insertado el módulo dentro del parámetro (SFR o surface), se convierte en nuestro primer valor para empezar con el circuito.

Imagen 4-37 Módulo insertado como valor de grasshopper. Fuente: Los Autores, 2016.

Así mismo desde el archivo en el computador, insertamos en nuestro programa los RhinoScripts, que nos ayudarán posteriormente al acabado del muro pixel.

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Imagen 4-38 Scripts necesarios para la culminación del muro pixel. Fuente: Los Autores, 2016.

El primer ccript constituye una herramienta para, atribuirles a las intersecciones (dadas desde grasshopper) atribuirles un espesor según el material en el que vayamos a trabajar, mientras que el segundo nos facilita la colocación de las piezas en un área determinada, esto con el fin de la optimización del material.

Ejercicio (algoritmo en grasshopper).

Teniendo todo listo en rhino (scripts y módulo), procedemos a la configuración de los valores y parámetros en grasshopper, siguiendo procesos aritméticos, geométricos y de copia en serie.

Pre dimensionamiento paramétrico.

Para el pre dimensionamiento paramétrico, debemos fijar los elementos necesarios que van a ser modificados por las herramientas de grasshopper hasta conseguir el producto final. Ya tenemos un primero que es la geometría a usar, continuamos con la escala y dimensionamiento del objeto según la conveniencia del usuario; para esta dimensión consideramos un tamaño divisor del total del tamaño del material para no generar desperdicios.

79 Imagen 4-39 Escala del módulo en grasshopper. Fuente: Los Autores, 2016.

Continuamos con los valores restantes, entre ellos necesitamos de operaciones matemáticas como los senos y cosenos de la figura inclinada a 45° para poder obtener distancias en plana que serán desplazados en serie con este factor de distancia.

Imagen 4-40 Primeros valores y operaciones matemáticas en grasshopper. Fuente: Los Autores, 2016.

El primer proceso es el de escala la geometría; como segundo paso procedemos insertando los valores de largo y ancho, usando tanto para la escala como para las operaciones matemáticas (coseno, multiplicaciones, divisiones y restas); como tercero y cuarto tenemos la separación de la ranura del filo del módulo y la profundidad de las ranuras laterales

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respectivamente, estos valores se multiplican x 2, puesto que son dos ranuras de cada una por módulo; como 5to paso la altura total que definirá la cantidad de módulos con una división de este total contra la altura de un módulo sólo; en sexto lugar tenemos la rotación del objeto, definida por un ángulo de 45° entre dos puntos, obteniendo así el módulo único del pabellón; en séptimo lugar tenemos las operaciones matemáticas y geométricas, en donde el coseno del ángulo establecido (45°), multiplicado por la dimensión restada de las ranuras, nos proporciona los parámetros 8 y 9 que son alto y ancho útiles (despreciando el área que se traslapa a causa de las ranuras), estos valores nos ofrecen la distancia a la que se deben separar los módulos para generar las ranuras anteriormente predispuestas por su tamaño.

Proceso de seriado de los módulos.

Lo siguiente es seriar el módulo único en el eje Z para formar la columna que se va a insertar de forma recta o curva para formar el pabellón.

Imagen 4-41 Seriado de los módulos en columna. Fuente: Los Autores, 2016.

El módulo único obtenido pasa por 6 procesos: primeramente el módulo es espejado en el plano XY, así obtenemos dos módulos perpendiculares entre sí, en donde el restante pasa por el paso 2, que consiste en desplazarlo en el eje Z con una distancia obtenida según las operaciones matemáticas antes descritas (altura útil del módulo); como tercer paso procedemos a modificar nuevamente nuestros valores, usando la altura útil del elemento y la multiplicamos x 2 (puesto que son 2 módulos); como cuarto paso es generar un nuevo valor

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a partir de la división de la altura total con la altura útil del módulo como antes describíamos, para así obtener la cantidad de veces que se van a seriar los módulos; continuamos como quito paso con el seriado de los elementos, tenemos la distancia y la cantidad, añadimos con el plano hacia dónde va a ser el seriado y este parámetro está listo para insertarse en el sexto y último proceso de desplazamiento, que copia las dos geometrías obtenidas a través del

factor de “Series” que le insertamos con anterioridad, obteniendo la columna del pabellón.

Procedimiento de inserción de los módulos seriados en la forma base.

El proceso siguiente es el mismo de los pasos 1 y 2 del proceso anterior, es decir vamos a obtener una columna espejada y desplazada para posteriormente ser seriada en un eje horizontal.

Imagen 4-42 Seriado horizontal de las columnas. Fuente: Los Autores, 2016.

Para iniciar unimos las dos geometrías que conforman la columna, como habíamos descrito antes, en el punto dos, espejamos y posteriormente desplazamos en el eje Y teniendo las dos columnas perpendiculares entre sí que se unen por el trabe intermedio; siguiente de ello las unimos en una nueva geometría que será la que se someta a una matriz para su transformación en un muro c_{ompleto; configuramos la “matriz linear”, para que este parámetro} funcione requiere una distancia y dirección, por lo que usaremos los anteriormente obtenidos “ancho útil” multiplicado x 2 (puesto que son dos columnas perpendiculares en el eje Y), y

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finalmente colocaremos la cantidad de veces que queremos que se multiplique en la matriz lineal.

El resultado de este proceso es un muro recto envuelto en un plano perpendicular, el cual está listo para ser convertido a planos de rhino y continuar con los scripts que nos ofrecerán un producto final.

Para el muro circular, tomamos el producto final de grasshopper, es decir, sólo continuamos con el proceso añadiendo un último parámetro; para el funcionamiento correcto de este parámetro final procedemos de la siguiente manera:

Imagen 4-43 Seriado radial horizontal de las columnas. Fuente: Los Autores, 2016.

Como podemos observar tenemos un agregado al elemento final del muro recto, la herramienta “Bend” deforma un circuito tomando como base un arco.

Primero definimos los parámetros para el trazo del arco, que en este caso serán el radio y un desplazamiento en el eje X que tomará una distancia desde el origen equivalente al radio del arco, obteniendo de esta manera en el paso dos un arco de x valor de radio con una de sus esquinas en el origen del dibujo; en el tercero _{agregamos el parámetro “Leng”, que mide el} perímetro de la semicircunferencia y usamos este valor para dividirlo entre el “ancho útil” de los módulos multiplicados x 2, y así obtenemos un valor decimal; el mismo que se encuentra en el punto 4, y a éste lo redondeamos a conveniencia para colocar la cantidad de módulos que nos parecen necesarias para completar el arco; y por último, con la herramienta “Bend”

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insertamos la geometría recta final, configurada con la cantidad necesaria para cubrir el arco, a la que sólo nos falta agregarle el nexo con el arco para que se desplace sobre él.

Nuevamente tenemos un producto envuelto en un plano curvo vertical, listo para su materialización en rhino, para continuar con los scripts.

Fabricación y prototipado.

Preparación de los módulos en rhino.

Ya obtenidos nuestros muros de distinta forma, procedemos a convertir las formas paramétricas de grasshopper en planos fijos de rhino. Para ello comenzaremos con el uso de los scripts empezando por:

4.3.3.1.1 Materialización digital y ordenamiento por capas.

Lo primero que debemos hacer es definir 2 capas para los 2 tipos de piezas, cada una con un color diferente.

Desde nuestro circuito en grasshopper seleccionamos sólo las piezas que van en un sentido (esto lo conseguimos desenlazando temporalmente piezas espejadas), hacemos clic derecho en el circuito final y presionamos “Bake”, definimos la primera capa y damos en “OK”.

Imagen 4-44 Piezas virtuales editables en grasshopper (Izq.), Piezas solidificadas en Rhino (Der). Fuente: Los Autores, 2016.

Realizamos el mismo procedimiento esta vez con las piezas que van en el otro sentido, igualmente seleccionamos, “Bake” y finalmente las ubicamos en la otra capa.

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Imagen 4-45 Piezas virtuales editables en grasshopper (Izq.), Piezas solidificadas en Rhino (Der). Fuente: Los Autores, 2016.

Todo esto lo hacemos con la finalidad de dar más facilidad a la selección de los elementos por parte del Script.

Imagen 4-46 Módulos separados en 2 Capas. Fuente: Los Autores, 2016.

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4.3.3.1.2 Realización de las ranuras según espesor del material.

Teniendo los objetos debidamente ordenados por capas procedemos a la creación de las ranuras, para ello empezamos leyendo los Scripts de la siguiente manera:

En el menú herramientas, seleccionamos “RhinoScripts”, posteriormente “Load” y finalmente seleccionamos y cargamos el “RhinoRibs”.

Imagen 4-47 Carga de RhinoRibs. Fuente: Los Autores, 2016.

Una vez cargado el rhinoribs, procedemos a seleccionar todos los elementos de una de las capas que colocamos, presionamos “enter” y repetimos el proceso con la siguiente.

Imagen 4-48 Selección de objetos por capa.

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Posteriormente indicamos el ancho que deseamos tengan las ranuras (será igual al espesor del material), repitiéndolo dos veces (una vez por cada eje).

Finalmente, en las opciones para finalización de la barra de comandos, colocamos “no” en todos los valores y presionamos “enter”; con esto las ranuras se materializarán en los planos.

Imagen 4-49 Ranuras obtenidas con RhinoRibs.

Fuente: Los Autores, 2016.

Para abatir en un solo plano los objetos (aunque al cumplir con el requerimiento de módulo único, necesitamos solamente uno), seleccionamos y cargamos el siguiente script y damos “enter”.

Imagen 4-50 Módulo ubicado en un plano de proyección. Fuente: Los Autores, 2016.

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4.3.3.1.3 Reordenamiento digital.

El ordenamiento de las piezas lo podemos hacer manual o igualmente usando un complemento, esto dependerá de la cantidad, si tenemos módulos trabados, (con una pequeña cantidad de piezas) es preferible ordenarlos manualmente, además que hay poco desperdicio de material, pero si la cantidad es grande ya sea por su escala o el tamaño del material lo mejor es usar un complemento que nos permita optimizar los espacios.

Imagen 4-51 Módulos a gran escala. Fuente: Los Autores, 2016.

Podemos observar una pequeña cantidad de módulos de gran tamaño en una plancha de material de pequeñas dimensiones, por lo que su orden más rápido es el manual; se puede ver en rojo la cantidad de material que se desperdicia.

Imagen 4-52 Módulos a pequeña escala. Fuente: Los Autores, 2016.

En este caso tenemos una gran cantidad de módulos de pequeño tamaño en una plancha de material de grandes dimensiones en proporción a su tamaño, su ordenamiento más rápido es a través del RhinoNest, que los colocará a todos de tal modo que el espacio desperdiciado se simplifica.

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4.3.3.1.4 Corte y ordenado de las piezas físicas.

Imagen 4-53 Corte de módulos. Fuente: Los Autores, 2016.

Imagen 4-54 Corte de módulos. Imagen 4-55 Módulos cortados.

Fuente: Los Autores, 2016. Fuente: Los Autores, 2016

Posteriormente de haber cortado según la cadena de procesos aprendida con anterioridad, continuamos con el orden de piezas para el ensamblaje, según el tipo de muro que vayamos a levantar.

Proceso de ensamblaje. 4.3.3.2.1 Ensamblaje de muro recto.

Imagen 4-56 Piezas listas para el ensamblaje del muro recto (no necesitan orden). Fuente: Los Autores, 2016.

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El proceso correcto de ensamblado es ensamblar una fila, y en el sentido que se armó armar la siguiente.

Imagen 4-57 Levantamiento del Muro Pixel Recto.

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Imagen 4-58 Muro Pixel Armado (frontal). Fuente: Los Autores, 2016.

Imagen 4-59 Muro Pixel Armado (laterales). Fuente: Los Autores, 2016.

4.3.3.2.2 Ensamblaje de muro curvo.

Para el armado del muro curvo, separamos la mitad de las piezas y las armamos en parejas, de tal modo que las ranuras rectas estén cerca de la intersección de los módulos en la primera

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mitad, mientas que en la restante deberán estar al contario, lejos de la intersección (después de la ranura inclinada).

Imagen 4-60 Piezas para el prototipo curvo, separadas y semi-ensambladas. Fuente: Los Autores, 2016.

Lo siguiente es unir una pareja de los módulos en un sentido, con otra pareja de los módulos en el otro sentido, esto nos dará origen a la primera curva.

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Posterior a ello se procede igual que en el muro anterior, completando las filas siguientes en el mismo orden en el que formamos la primera.

Imagen 4-61 Armado por filas del muro curvo. Imagen 4-62 Armado por filas del muro curvo. Fuente: Los Autores, 2016. Fuente: Los Autores, 2016.

Armamos el muro curvo en el piso por facilidades de ensamble, y finalizamos levantándolo.

Imagen 4-63 Armado por filas del muro curvo. Fuente: Los Autores, 2016.