Ezzel a fejlesztéssel bárkiből asztalos lehet

Ragasztás és csavarozás nélkül össze- és szétszerelhető fa szerkezeteket lehet tervezni és építeni

Japán mérnökök bárki által használható szoftverrel és a hozzá tartozó kivitelezőapparátussal álltak elő, amellyel mindenféle ragasztás és csavarozás nélkül össze- és szétszerelhető fa szerkezeteket lehet tervezni és építeni. A speciális 3D illesztőfelületeknek köszönhetően az elemek önmaguktól is stabilan rögzülnek egymáshoz.

Mind esztétikai értékének, mind környezeti fenntarthatóságának köszönhetően a fa továbbra is a legkedveltebb barkács- és építőanyagok közé tartozik. A funkcionális és teherbíró fa szerkezetek ácsolása azonban még ma is inkább szakma, mint hobbi: a megbízható fa építmények viszonylag bonyolult struktúrájúak, és a részek összeerősítése is eszközöket és szakértelmet igényel. A Tokiói Egyetem kutatói most egy 3D-s tervezőalkalmazást hoztak létre, amely nagyban leegyszerűsíti a tervezési folyamatot, és képes egy automata megmunkálógépet úgy irányítani, hogy az rögtön le is gyártsa a megálmodott alkatrészeket.

A csavar az a dologban, hogy az így tervezett szerkezetekhez nem kell csavar – sőt, ragasztó vagy más rögzítés sem.

A csatlakozó darabvégek ugyanis olyan speciális 3D kidolgozásúak, hogy pusztán formájukból fakadóan stabilan összekapaszkodnak.

Ez azt is jelenti, hogy a szerkezetek bármikor szét- és újra összeszerelhetők, újrahasznosíthatók, és javításuk is egyszerűbb.

Percek alatt mesterműveket tervezhetünk

Az ács- és asztalosmesterségek egyidősek az emberiséggel, s a bennük egyesülő művészet és mérnöki tudás képletesen és szó szerint is átformálta a minket körülvevő világot. Amerre csak nézünk, ember által épített fa szerkezeteket látunk, ám ez nem azt jelenti, hogy mindannyian kvalifikálva volnánk a feladatra, amely bonyolult és időigényes – ami tükröződik is az így létrehozott termékek, például a kézműves bútorok árában. Ma már persze a fa bútorzat alkotóelemeinek jó részét nem emberi erővel, hanem gépi megmunkálással állítják elő. A famegmunkáló gépek némelyike nagy mértékben automatizálható: az emberi tervezők által számítógéppel tervezett elemeket a program utasításai szerint alakítja ki. Ám ez a tervezőmunka is olyan speciális képzettséget igényel, amellyel a legtöbb hobbibarkács nem rendelkezik.

Ragasztás és csavarozás nélkül össze- és szétszerelhető fa szerkezeteket lehet tervezni és építeni Forrás: Larsson et. al

A Tokiói Egyetem Kreatív Informatika Tanszékének munkatársai most olyan 3D-s számítógépes alkalmazást alkottak, melynek segítségével bármelyikünk könnyen, gyorsan és hatékonyan tervezhet fa szerkezeti elemeket. A program neve a faszerkezet-építésre, asztalosságra utaló japán szó, a Tsugite. Az alkalmazás egy egyszerű 3-dimenziós felhasználói felületet kínál, amely a faművesség és a 3D-tervezés terén kevés vagy semmiféle előzetes tapasztalattal nem rendelkezők előtt is megnyitja a működőképes fa szerkezetek tervezésének birodalmát.

Ráadásul a tervezés alig néhány percet vesz igénybe.

A program a tervrajzot egy automata famegmunkáló gép számára érthető utasítások sorozatává alakítja, az elkészült alkatrészek pedig a képernyőn megjelenő útmutatás alapján további eszközök, illetve rögzítő- és ragasztóanyagok nélkül összeépíthetők.

Az volt a szándékunk, hogy a faművesség mesterségét képzettségtől függetlenül bárki számára elérhetővé tegyük. Amikor a felhasználói felületet olyanokkal teszteltük, akik számára teljesen új a 3D-s tervezés, nemcsak hogy komplex szerkezeteket terveztek, de közben láthatólag élvezték is

– számolt be tapasztalatairól a kutatásban részt vevő Maria Larsson. – A Tsugitét azért könnyű használni, mert lépésről lépésre vezeti végig a folyamaton a felhasználót. A kiindulópont egy galéria a már létrehozott tervrajzokból, amelyeket mindenki a saját céljának megfelelően módosíthat. De a tapasztaltabb felhasználók rögtön átugorhatnak a manuális szerkesztésre, amely még szabadabb teret biztosít az egyéni kreativitásnak."

A Tsugite 3-dimenziós pixelek, vagyis apró kockák – szaknyelven voxelek – formájában ábrázolja az alkatrészek ízesülő felszíneit.

Ha az egyik alkatrészvégen elmozdítunk egy voxelt, a program a másik csatlakozó véget automatikusan úgy módosítja, hogy az eresztékek továbbra is stabilan és résmentesen kapaszkodjanak egymásba. Két vagy több alkatrész is illeszkedhet egymáshoz, az algoritmus mindegyiket a helyzetnek megfelelően fogja kialakítani. Színkódok jelölik a felhasználó számára, melyik ereszték mennyire könnyen fog összecsúszni, és figyelmeztetnek a lehetséges gyenge pontokra vagy egyéb problémákra.

Tsugitével tervezett szék Forrás: Larsson et al.

A Tsugite egyik egyedülálló tulajdonsága, hogy már a tervezéskor rögtön számol a gyártási folyamat megvalósíthatóságával. A famegmunkáló gépek különböző fizikai korlátozásaik – a részeik mozgásának szabadságfoka, a megmunkálófelületek mérete – folytán nem képesek tetszőleges térbeli mintázatokat létrehozni. A famegmunkáló gépekkel rokon 3-dimenziós nyomtatók felhasználói rendszeresen beleütköznek abba a problémába, hogy a tervezőszoftver nem mindig tudja pontosan megjósolni a nyomtató működését, ami hibákhoz vezet a kinyomtatott formában.

„Sok izgalmas kutatás folyik a komputergrafika terén arról, hogyan lehetne a legjobban modellezni az egymáshoz illeszkedő elemek változatos geometriáját. A komputergrafikusokat viszont rendszerint nem izgatják azok a gyakorlati megfontolások, hogy mindezt az adott anyagból ténylegesen le lehet-e gyártani – magyarázta Larsson. – Ez visszafelé is érvényes: a szerkezeti mérnökök és építészek nagyon alaposan kutatják ez utóbbi szempontokat, de csak nagyon kevés fajta illesztést modelleznek. Mi nagy fantáziát láttunk abban, hogy a Tsugite formájában egyesítsük ezeknek az eltérő megközelítéseknek az erősségeit. Az általunk létrehozott szoftver az illesztések széles skáláját fontolóra tudja venni, miközben szem előtt tartja a valóságos fizika korlátait."

Tovább fejlesztik, hogy épületeket is lehessen tervezni vele

Már csak azért is előnyös a Tsugite programban a gyártási technológia korlátainak figyelembe vétele, mert így a tervezőalgoritmus könnyebben és gyorsabban navigál a felhasználónak felkínálható lehetőségek között, hiszen a fizikailag lehetetlen megoldásokat eleve nem tekinti opciónak.

Alkotói azt remélik, hogy további fejlesztéssel és finomítással a Tsugitét arra a léptékre tudják hozni, ahol már nemcsak bútorok és kisebb épületszerkezetek, de teljes épületek tervezésére is alkalmas lesz.

„Az ENSZ statisztikái szerint az építőipar a globális széndioxid-kibocsátás csaknem 40 százalékáért felelős. A fa talán az egyetlen természetes és megújuló építőanyagunk, és a hatékony csapolások kidolgozásával tovább javítható a faépületek fenntarthatósági indexe – emelte ki Larsson. – Ha az épületfát pusztán csapolással és nem fém rögzítőelemekkel illesztjük össze, kevésbé keverjük az anyagokat, ami megkönnyíti a szétválogatást és az újrahasznosítást.

Fontos még az is, hogy a ragasztatlan eresztékeket az építőelemek roncsolása nélkül szét lehet választani, így az épületek egyszerűen szétszerelhetők és másutt újra összeszerelhetők, illetve sérült részeik könnyen cserélhetők. Az újrahasznosítás és javítás e páratlan rugalmassága a faanyagnak további fenntarthatósági előnyöket kölcsönöz."