PhD opening in 3D printed stone for heritage buildings

Die Professur für Digitale Gebäudetechnologien lädt Bewerbungen für eine Doktorandenstelle zur 3D-Druck von Stein für die Restaurierung von Kulturerbegebäuden ein. Die Dissertation basiert auf zwei eng miteinander verbundenen Arbeitsbereichen: der Entwicklung eines neuen Pulverbett-Drucksystems mit räumlich abgestufter Materialablagerung und dessen Verwendung zur Herstellung von Ersatzteilen für historische Steinstrukturen.

Dieses PhD-Projekt ist Teil des gemeinsamen ETH Grant-Projekts "Räumlich abgestufter 3D-Druck zur Aufklärung der Konturskalierung von Baustellensteinen" und wird in enger Zusammenarbeit mit einem zweiten Doktoranden am Lehrstuhl für Physikalische Chemie von Baustellenmaterialien im Departement für Bau-, Umwelt- und Geomatikingenieurwesen durchgeführt.

Projekt Hintergrund

Stein gehört zu den ältesten Baumaterialien und ist eines der am wenigsten kontrollierbaren: Seine Eigenschaften sind im Steinbruch zu finden, nicht entworfen. Die Restaurierung macht diese Einschränkung besonders deutlich. Ein Ersatzteil muss mit dem Original kompatibel sein und einen Dialog mit einer Struktur eingehen, die seit Jahrhunderten gealtert ist. Da historische Steinbrüche weitgehend erschöpft sind, reicht die Auswahl und Bearbeitung natürlicher Blöcke in jeder Hinsicht nicht aus. Dieses Projekt verfolgt eine andere Prämisse: dass die Materialeigenschaften von Stein ein Designmedium werden können.

Die am Lehrstuhl entwickelte Pulverbett-Druckplattform trennt Aggregate, Pulverbinder und flüssige Aktivatoren und platziert jeden unter unabhängiger Kontrolle während der Herstellung. Der nächste Schritt und der technische Kern dieser Dissertation besteht darin, diese Bestandteile innerhalb eines einzelnen Stücks zu variieren. Eine doppelte Pulver- und Flüssigkeitszufuhr ermöglicht es, Zusammensetzung, Porosität und Erscheinungsbild kontinuierlich über ein gedrucktes Element zu graduieren, wodurch ein Fertigungsprozess zu einem Instrument wird, um das Materialverhalten Punkt für Punkt zu spezifizieren.

Die Maschine und die Artefakte, die sie produziert, werden gemeinsam entwickelt, wobei jede Iteration die nächste informiert. Das Projekt wird gemeinsam mit einer Materialwissenschaftsgruppe durchgeführt, die sich mit den Verschlechterungsmechanismen befasst, die für Sandsteine von besonderem Interesse sind, deren Forschung von gedruckten Proben mit präzise konstruierten Defekten und Gradienten abhängt. Die am Labormaßstab etablierten Fähigkeiten sollen auf den architektonischen Drucker des Lehrstuhls übertragen werden, wo die abgestufte Ablagerung einen neuen Designraum für Fassadensysteme eröffnet.

Aufgaben

• Sie entwerfen, bauen und beauftragen einen Labor-Pulverbett-Drucker mit doppelter Pulver- und doppelter Flüssigkeitszufuhr, abgeleitet vom architektonischen System des Lehrstuhls und als modulares Forschungsinstrument konzipiert, das neu konfiguriert werden kann, wenn die gedruckte Arbeit neue Fragen an die Maschine stellt.
• Sie verwenden ihn zur Herstellung von Stein-Ersatzteilen für Kulturerbegebäude, Elemente, die die Kompatibilitätsanforderungen der Denkmalpflege erfüllen und gleichzeitig einen Dialog mit dem historischen Gewebe eingehen, mit dem sie verbunden sind.
• Sie entwickeln tektonische Strategien zur Verbindung gedruckter Teile mit der bestehenden Struktur und untersuchen durch das Machen, wie ein gedrucktes Element die Oberfläche anspricht, die es trifft, wobei abgestufte Farbe, Textur und gedruckte Maserung zu den verfügbaren Mitteln gehören.
• Ihre gedruckten Proben dienen zusätzlich der Verschlechterungsforschung des Partnerlehrstuhls, deren Ergebnisse wiederum die Entwicklung des Druckprozesses informieren.
• Sie veröffentlichen in führenden Fachzeitschriften, präsentieren auf internationalen Konferenzen und tragen zur Lehre durch die Betreuung von Semester- und Masterprojekten bei.

Profil

Wir suchen einen Kandidaten mit einem starken Hintergrund und idealerweise einem nachgewiesenen Werk in digitaler Fertigung sowie dem Ehrgeiz, das Materialverhalten als Gegenstand der Designforschung zu behandeln. Sie haben einen Master-Abschluss in Architektur oder in einem eng verwandten Fachgebiet, kombiniert mit umfangreicher Designarbeit. Sie verfügen über echte Kompetenz in der Bau-Fertigungstechnik: Der Drucker wird von Ihnen konstruiert und wiederholt modifiziert, daher sind Kenntnisse im mechanischen Design und Prototyping unerlässlich, und Erfahrung mit Elektronik, Sensorik oder Steuerungssoftware ist ein starkes Asset. Sie sind versiert in computergestütztem Design und erfahren darin, Arbeiten über die Schwelle zwischen digitalem Modell und physischem Ergebnis zu bringen. Ein Interesse am Verhalten von Stein ist willkommen; seine wissenschaftliche Charakterisierung liegt bei der Partnergruppe. Ein hervorragendes mündliches und schriftliches Niveau in Englisch ist unerlässlich; konversationelle Kenntnisse in Deutsch sind von Vorteil. Da das Projekt eine Zusammenarbeit zwischen Forschungsgruppen und Praktikern vor Ort umfasst, sind starke Kommunikationsfähigkeiten und eine wirklich kooperative Einstellung unerlässlich.

Arbeitsplatz

Wir bieten die Professur für Digitale Gebäudetechnologien innerhalb des Instituts für Technologie in der Architektur führt Forschung an der Schnittstelle von computergestütztem Design, Materialien und Fertigung im Maßstab von Bauwerken durch. Über mehr als ein Jahrzehnt hat die Gruppe Pulverbett- und extrusionsbasierte Drucksysteme im architektonischen Maßstab entwickelt und betrieben, wobei die gebauten Ergebnisse die höchsten 3D-gedruckten Strukturen der Welt umfassen. In-house Expertise in mechanischem Design, Elektronik und Software, zusammen mit vollständiger Werkstatt- und Prototyping-Infrastruktur, ermöglicht es, Forschungsideen direkt von der Idee über die Maschine bis zum gedruckten Artefakt zu bewegen, und Doktoranden erhalten erheblichen Spielraum bei der Gestaltung dieses Verlaufs. Unsere hochgradig vielfältige und internationale Gruppe bietet umfangreiche Netzwerke innerhalb der ETH und international. Wir setzen uns für Vielfalt ein, indem wir flexible Arbeitszeiten, Homeoffice-Optionen und andere Maßnahmen anbieten, um sicherzustellen, dass Teammitglieder ihre Rollen effektiv ausführen können. In Übereinstimmung mit unseren Werten fördert die ETH Zürich eine inklusive Kultur. Wir fördern Chancengleichheit, schätzen Vielfalt und pflegen ein Arbeits- und Lernumfeld, in dem die Rechte und die Würde aller unserer Mitarbeiter und Studierenden respektiert werden. Besuchen Sie unsere Website für Chancengleichheit und Vielfalt, um herauszufinden, wie wir ein faires und offenes Umfeld gewährleisten, das es jedem ermöglicht, zu wachsen und zu gedeihen. Nachhaltigkeit ist ein Kernwert für uns – wir arbeiten konsequent auf eine klimaneutrale Zukunft hin. Neugierig? Wir auch.

Weitere Informationen über Digitale Gebäudetechnologien finden Sie auf unserer Website. Fragen zur Position richten Sie bitte an Dr. Pietro Odaglia, E-Mail odaglia@arch.ethz.ch (keine Bewerbungen).

Die ETH Zürich ist eine der weltweit führenden Universitäten, die sich auf Wissenschaft und Technologie spezialisiert hat. Wir sind bekannt für unsere hervorragende Ausbildung, bahnbrechende Grundlagenforschung und den direkten Transfer neuen Wissens in die Gesellschaft. Über 30.000 Menschen aus mehr als 120 Ländern empfinden unsere Universität als einen Ort, der unabhängiges Denken fördert und eine Umgebung schafft, die Exzellenz inspiriert. Im Herzen Europas gelegen, aber Verbindungen auf der ganzen Welt knüpfend, arbeiten wir zusammen, um Lösungen für die globalen Herausforderungen von heute und morgen zu entwickeln.