3‐D‐Druck mit Beton: Sachstand, Entwicklungstendenzen, Herausforderungen

Abstract

Die Entwicklung digitaler Betondruckverfahren zur Herstellung von Betonbauteilen direkt auf der Baustelle oder im Fertigteilwerk ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Einführung des Industrie‐4.0‐Konzepts in das Bauwesen, nämlich von der bereits existierenden digitalen Bauplanung (CAD, BIM) bis hin zur digitalen Fertigung. Das technologische und wirtschaftliche Potenzial des digitalen Betonbaus wurde inzwischen von vielen am Bau Beteiligten und Forschern erkannt; der Umfang von Innovationsaktivitäten auf diesem Gebiet steigt von Monat zu Monat. Der Beitrag gibt einen Überblick über diese Entwicklungen und bewertet sie kritisch. Nach der Vorstellung alternativer Ansätze der digitalen Fertigung befassen sich die Autoren näher mit den auf der Extrusion basierenden Verfahren. Für den 3‐D‐Druck mit Beton sind diese Verfahren derzeit am häufigsten verwendet und weisen auch das größte Potenzial im Hinblick auf die Überführung der neuen Technologie in die Baupraxis auf. Dabei stehen jedoch zahlreiche Herausforderungen bezüglich Materialentwicklung und ‐prüfung, Bemessung, Maschinentechnik und vieles mehr an. Auf diese Herausforderungen wird im vorliegenden Aufsatz ebenfalls eingegangen und es werden mögliche Lösungsansätze skizziert.

Developing and Testing of Strain-Hardening Cement-Based Composites (SHCC) in the Context of 3D-Printing

“…Rheological properties must be fine-tuned since they affect not only the pumping behavior (transport of the material to the printhead) [31,32], extrusion process [33,34], and the shape stability of the deposited filaments, but the quality of the interlayer bond and herewith the properties of final SHCC structure in a hardened state as well [18]. Le et al [2] identified four key characteristics necessary for successful 3D-printing:

Pumpability—The ease and reliability with which material is moved through the delivery system;

Printability—The ease and reliability of depositing material through a deposition device;

Buildability—The resistance of deposited fresh material to deformation under load;

Open time—The period where the above properties are consistent within acceptable tolerances.

…”

Neue Carbonfaserbewehrung für digitalen automatisierten Betonbau

“…Das digitale Bauen rückt mehr und mehr in den Blickpunkt von Forschung und Bauindustrie. In den letzten Jahren wurden innerhalb von Pilotprojekten bereits ganze Bauwerke mithilfe des 3D‐Druckverfahrens weitestgehend automatisiert hergestellt . Das Potenzial dieser Verfahrensweise hinsichtlich der ökonomischen Effizienz und der architektonischen Vielfalt ist inzwischen unbestritten.…”

Integration der Bewehrung beim 3D‐Druck mit Beton

“…Hier gelten im Allgemeinen die Ausführungen zur Integration der Bewehrung beim 3D‐Druck mit der „Contour Crafting“‐Methode, welche in Gruppe 1 gehört. Eine eingehendere Darstellung der 3D‐Druckverfahren aus betontechnologischer Sicht wird in geboten.…”