Fraeylemaborg

Folly, Fraeylemaborg NL, Project Team: René van Zuuk, Jan Heimer, Dirk de Groot, Client: landgoed Fraeylemaborg, Design: 2014

Nederlands:

Dit experimentele en visueel prikkelend bouwsel springt in het oog door zowel haar vorm als het materiaalgebruik. De rode koperkleur is niet alleen een knipoog naar de geschiedenis van de Fraeylemaborg maar geeft de folly een excentriek uiterlijk.

's Zomers zal de folly schitteren in het zonlicht, deels gefilterd door het groen aan de bomen. In het najaar als de bladeren vallen zal de folly in haar volle omvang te zien zijn en harmoniëren met de omringende kleurennuances van de herfst.

Het ontwerp is een grensverleggende innovatie van een nieuwe techniek waar de ontwerper op dit moment mee bezig is. Bij zijn vertrek als hoogleraar aan de Technische Universiteit van Eindhoven ( 2010 ) Heeft René van Zuuk ( 1962 ) samen met studenten een project geëntameerd waarbij de toekomstige veranderingen in de architectuur door 3D-printen werd onderzocht. Uitgaande van een traditioneel huis werd er in verschillende stappen bekeken hoe het huis zou veranderen onder invloed van de steeds verder ontwikkeld 3D printtechniek. Het resultaat van deze exercitie is vastgelegd in een artikel AW magazine en een tentoonstelling. Inmiddels is 3D printen een hype geworden. Kenmerkend aan de techniek is dat elke vorm ongeacht complexiteit gemaakt kan worden. De techniek heeft op dit moment nog als nadeel dat ze erg traag is en eigenlijk alleen geschikt voor unica's en prototypes waarbij snelheid geen rol speelt. Binnen de de architectuur beperkt het 3D printen zich tot het maken van maquettes. Met de huidige technieken duurt het printen van volledige gebouwen jaren en moet het resultaat nog afgewerkt en geïsoleerd worden. In China zijn ze bezig met een snellere machine maar het resultaat daarvan is zo grof het aan eindproduct aan alle kanten nabewerking behoeft.

Binnen het bureau zijn we bezig met het zoeken naar een alternatief. Een computergestuurde techniek die een vergelijkbare vormvrijheid geeft als een 3D printer maar die de snelheid van de huidige bouw bij kan houden. Met een CNC draadsnijder kunnen in hoge snelheid 3D projecten gesneden worden uit grote blokken EPS of XPS schuim. Door deze objecten af te werken met bijvoorbeeld een hotspray coating ontstaat er een sterke sandwichconstructie. Er ontstaat een bouwmateriaal dat de eigenschappen sterkte en isolatie en weerbestendigheid combineert.

De CNC 3D Schuimsnijder werkt door middel van een hete draad. Om het isolatiemateriaal te kunnen snijden moet de temperatuur van die draad boven het smeltpunt van het isolatiemateriaal liggen. Als de snelheid en de temperatuur goed zijn afgesteld raakt de draad het materiaal niet maar schroeit zij, voor de aanraking, een zeer smalle kerve weg.

Op het bureau hebben we een schuimsnijder gebouwd waarvan de beide uiteinden van de gloeidraad onafhankelijk verbonden zijn met stappenmotoren die worden aangestuurd door de computer. Omdat beide uiteinden onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen wordt het mogelijk om getordeerde vlakken te snijden. Door de vlakken slim te kiezen kan bijna elke vorm gegenereerd worden.

De huidige bouwindustrie is gebaseerd op een orthogonale bouwparaktijk. Staven, platen en blokken worden geproduceerd voor het maken van rechthoekige gebouwen. Hoe verder het gebouw afwijkt van de basisvorm des te meer restmateriaal er over zal blijven. Dat maakt het maken van vrije vormen kostbaar en milieu onvriendelijk. Bij het 3D snijden is het mogelijk om zonder verlies, complexe ontwerpen te maken. Echter er zal in een vroeg stadium binnen het ontwerpproces rekening gehouden moeten worden met de mogelijkheden van deze techniek.

Op het bureau hebben wij een CNC 3D snijder gebouwd voor het vervaardigen van maquettes. Op deze manier kunnen we op schaal de mogelijkheden van de techniek onderzoeken. Verder zijn we bezig met het schrijven van computerscripts zodat we snel een project in een snijdbare vorm kunnen ontwikkelen. Het streven is om een complexe vormen te snijden met een minimum aan restmateriaal. Dit doen we door ringen te snijden met één snede daarbij is de achterkant van de onderste ring de voorkant van de ring daarboven.

De folly: De Koperen Kamer, wordt uit slechts één rechthoekig stuk EPS schuim gesneden zonder restmateriaal. De object zal op een ingenieuze computergestuurde manier gesneden worden met behulp van een computerscript. De 'ringen' worden gestapeld en kunnen later afgewerkt worden met een hotspray coating. Het resultaat zal een stevig weersbestendige paviljoen opleveren wat jaren zal meegaan. De techniek van Hotspray op schuim is ook toegepast bij de letters 'I amsterdam' op het museumplein in Amsterdam.

De taps toelopende folly eindigt in een dakraam dat gesneden wordt in de contouren van De Fraeylemaborg. Dit uitgesneden daklicht, het enige reststuk van de rechthoek, wordt gebruikt als expositiesokkel in het paviljoen.

Voor de afwerking van het paviljoen stellen wij een kopercoating voor. Het daklicht wordt waterdicht dichtgezet met een in vorm gesneden krasvaste perspex plaat.

Wij willen het paviljoen plaatsen op één van de open grasvelden in het bos. Onze voorkeur gaat uit naar een kavel op het eind. De grond zal ter plekke verhoogd worden in de vorm van een terp. De terp is onderdeel van het ontwerp. De fundering bestaat uit een prefab betonnen standaard plaat. Het paviljoen wordt grotendeels gemaakt in de fabriek maar door het lichte gewicht kan de samenstelling en de plaatsing gedaan worden samen met leerlingen in het werk. Als er gekozen wordt voor hotspray dan zal de spray het schuim aan de funderingsplaat onlosmakelijk verbinden.

English:

Fraeylemaborg is an estate of 23 hectares in the city of Slochteren (The Netherlands). The main building was originally built seven centuries ago but it got its final form at the end of the 18th century. During its lifespan, a number of important families lived on the estate. The last owners, the Thomassen à Thuessink van der Hoop van Slochteren family, sold the estate to the Gerrit van Houten Foundation in 1972 and it became a museum. In the museum you can still see how the last owners lived. Temporary art exhibitions are exhibited in the Coach House. The current museum does not have enough space to show her entire collection and therefore the museum issued a competition for several new exhibition follies to display special items. The copper chamber is one of the follies to be built.

Our design is the second project from a series of five different projects. We want to research the possibilities of foam as a freeform building material using a CNC hot wire foam cutting machine. 

The current building industry is based on an orthogonal building practice. Bars, plates and blocks are produced to build rectangular buildings. The further the design derives from the orthogonal system the more difficult it becomes to build the building and the more waste material remains. That makes producing free form and parametric architecture expensive and environment unfriendly. A future solution could be the 3D printing technique. A 3D printing process has the advantage that it hardly produces any waste material regardless of the complexity of the design. Nowadays the 3D printing technique is starting to become a designer’s hype where all kinds of small daily objects have their 3D print version. The technique perfectly coincides with the individual centered society that we are part of these days. The disadvantage of the existing 3D printing technique is that the technique is rather slow and therefore only suitable for small objects and prototypes where speed is not an issue to consider. Within the architectural practice, the 3D printer is only used to produce models. It would take years to print entire buildings with the existing techniques. Universities and some builders are working on faster techniques but the results of those experiments are so rough that they will need a lot of post processing in order to make acceptable buildings. Current research is focused on printing stony materials like concrete or composites. The printed elements will be suitable as wall-panels or structural elements, but to be able to print an entire free-formed building, all components have to be free-formed; the structure the insulation and the skin. It will take a long time before the industry is at that level.

Perhaps an alternative solution needs to be found in the meantime. As an office, we have been looking for a computer-controlled technique with similar form freedom as the 3D printing technique, ready to be used but fast enough to compete in the building industry. The technique should produce building materials that combine strength and insulation properties. The most suitable material is EPS foam blocks. The material is cheap and with the use of a CNC hot wire foam cutter it can be cut at high speed in any form you want. When covered with a material such as a Hot Spray coating, the combination will form a sandwich structure that enables you to make small buildings or entire wall panels.

A CNC hot wire foam cutter works through a heated wire. To cut the foam, the temperature of the wire has to be above the melting point of the EPS foam. If the temperature and the speed of the wire are adjusted well the wire does not touch the foam but burns it away before they meet. The advantage of this system is that there is no force implemented on the original material (EPS foam) giving the technique high precision. Both ends of the wire are connected to pace-engines that are controlled by a computer. In the machine that we use, both ends of the wire can be moved independently which makes it possible to cut twisted surfaces. By selecting the surfaces carefully it is possible to make virtually any form.

The Copper Chamber was parametrically designed on the computer. We used a Grasshopper script to design a folly that can be theoretically cut out of one sheet of EPS 300 foam sized 4,5 x 4,5 x 0,5 m without leaving any waste material. The folly is cut in layers. The first outside layer is a square; the top layer (in the middle) is in the form of the Fraeylemaborg estate silhouette. All layers (the rings) are cut with one slice. The rear surface of the wall of the lower ring is the front surface of the wall of the layer above. The thickness of the wall is variable to enable twisted surfaces. Hot spray will glue all layers together and fix the structure to a concrete slab. The weight of the slab will protect the pavilion from lifting in the wind. The outside surface of the folly will be coated with a copper coating.