高效制造双曲面
Elena Vazquez和James Coleman进行了一项研究。
Zahner的研发团队最近结束了一个富有成效的夏天。实习生Elena Vazquez是建筑硕士研究生，也是宾夕法尼亚州立大学富布赖特学者，她加入这个团队10周，研究如何有效地制造双曲面金属表面。随着对优美曲线建筑形式需求的增加，研发主管工程师兼研究员詹姆斯·科尔曼(James Coleman)向巴斯克斯提出了挑战，要求他找到一种新颖且成本效益高的方法来制作我们客户开发的设计。
所面临的挑战
在金属薄板上创建单曲率是很容易的——就像把一张纸卷到管子里一样——但双曲率在制造中提出了重大挑战。除了难以生产外，在两个方向拉伸平面还挑战了材料本身的约束。如果过度使用，金属表面会变得脆弱，失去强度，表面质量也会很差——这在建筑(或任何其他)应用中肯定是不可取的。
曲面的电流解
目前的双弯曲金属成形方法包括旋压、冲压、锤击、爆炸成形、冷加工、压铸和多点拉伸成形。
冷加工迫使金属板进入预制框架。虽然这种方法已被用来近似双曲，由此产生的美学可能会出现“起伏不定”和不够精确。
压铸/冲压包括为每种独特形状制作模具，然后浇铸或冲压金属;两者都需要表面一旦完成后的后期处理。对于定制的体系结构应用程序来说，必要的步骤非常耗时且代价高昂。
多点拉伸成形技术实现了优雅的双曲线形式与多用途模具，但类似于压铸，开发的机械仍然非常昂贵的购买和维护。科尔曼和巴斯克斯质疑道:
如果有一种更便宜和更有效的方法来完成同样优美和精确的双重曲线呢?
英国车轮-创造双曲线的旧方法
英制车轮，或称轮式机器，允许工匠们在两个径向车轮之间手工制作金属薄片，创造出双重曲线。该工具最著名的用途是制造定制的汽车零部件——想想上世纪三四十年代那些优雅的挡泥板吧。
掌握使用英语轮是一种艺术形式，需要有敏锐的触觉和深入的材料专业知识。工匠们花了数年时间来磨练完善车轮技术所需的技能。所获得的曲线是精确和优雅的，但以这种方式生产定制面板是劳动密集型和昂贵的。一个建筑可能包含数千个独特形状的面板，这使得传统的旋转成为不可能。然而，机器本身构造简单，经济实惠。团队在想:
我们能否用全新的英制车轮来抵消双曲面的成本，将机器人的精确运动和力控制与这种久经考验的金属成形方法结合起来?
解决方案-创造双曲线的新方法
一年前，Zahner介绍说Ruby, Kuka KR270 R2700机器人，目的是测试将机器人技术融入制造过程的新方法。Ruby已经成为研发团队不可或缺的一部分，在测试理论和实际应用方面证明了自己的价值。对于双曲率挑战，其理论是如果Ruby能够被“教导”形成面板，我们就可以极大地扩展在架构中构建的可能性。
假设和测试
在对机器人进行编程之前，首先需要通过数字表面分析生成预测的车轮路径，以建立期望的曲线。通过一个理论的、起伏的形状，巴斯克斯展示了不同的表面类型，确定了需要双曲面板的区域。基于高斯曲率值的曲面递归细分自动生成“兴趣点”和拉伸值。每一个点都包含主要的方向性，并被串在一起，形成预测的旋转路径，以生成所需的形状。在其核心，点对点路径假设是一个计算复杂的游戏连接点。
神奇之处在于对高斯值的解释和对物质行为的预测。在蚱蜢和袋鼠体内进行了大量的数字模拟和分析，以创建旋转路径。
通过人工轮对这些初始路径进行测试，证明了点到点路径理论。测试在微调点/路径工作流和建立形成每个独特的面板几何形状所需的精确压力和车轮尺寸方面是关键。
在进行了人类测试之后，是时候看看Ruby是否能够自己形成这种材料了。首先，她必须“学习”精确的接触点位置，这些位置是使用Grasshopper和KukaPrc软件编写的。经过几次测试运行后，团队发现Ruby需要“学习”如何像人的手一样灵活地旋转材料，以避免材料拖拉。一旦解决，创建单独的面板和曲率测试开始提供完善的既定路径理论。
夹具制作+测量
测量曲率是一个高度复杂的过程。一个4 x 4英尺的结构铝夹具的建造使团队克服了测量的挑战，产生了一种快速和容易地破译测试结果的方法。在结构的侧面按一定的间隔钻出测量孔，用Rhino软件和3D打印技术制作的测量工具可以快速合成曲线信息。如果面板的基准点在插入测量孔后没有与测量工具连接，则需要进一步细化。
结论
在巴斯克斯短短的10周时间里，研发团队在解决双曲率制造问题上取得了令人难以置信的进展。虽然要证实点到点路径假设还需要进一步的测试，但是未来使用Ruby和English Wheel制作的可能性是有希望的。
