Particle-bed 3D printing in concrete construction – Possibilities and challenges

Lowke, Dirk; Dini, Enrico; Perrot, Arnaud; Weger, Daniel; Gehlen, Christoph; Dillenburger, Benjamin

doi:10.1016/j.cemconres.2018.05.018

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“…Bild zeigt in einer schematischen Darstellung die derzeit vorherrschenden Betondrucktechniken und die prozessbezogene Zusammenführung von Gesteinskörnung (GK), Zement (Z) und Wasser (W) zu einer Betonmatrix. Bei den selektiv bindenden Partikelbett‐3‐D‐Druckverfahren wird die Betonmatrix nicht vorab gemischt, sondern zunächst eine Schicht aus trockenen Partikeln aufgebracht. Anschließend wird eine flüssige Phase selektiv in die Partikelpackung mittels eines Druckkopfs oder einer Düse eingebracht, um die Partikel zu binden.…”

Section: Grundlegende Prinzipien Der Additiven Fertigungunclassified

“…Abhängig von den für den Druckprozess verwendeten Materialien können zwei selektiv bindende Partikelbett‐3‐D‐Druckverfahren unterschieden werden: (1) die selektive Leimintrusion, bei der das Partikelbett aus Gesteinskörnung (≤ 5 mm) ohne Bindemittel besteht und Bindemittelleim selektiv auf das Partikelbett aufgetragen wird (Bild b) und (2) die selektive Zementaktivierung, bei der das Partikelbett aus sehr feiner Gesteinskörnung (Sand < 1 mm) und Zement besteht und der Zement lokal durch Wasser aktiviert wird (Bild c). Die selektiv bindenden Partikelbett‐3‐D‐Druckverfahren werden derzeit u. a. an der TU München und der TU Braunschweig grundlegend erforscht und von D‐Shape kommerziell eingesetzt.…”

Section: Grundlegende Prinzipien Der Additiven Fertigungunclassified

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Additive Fertigung im Bauwesen: erste 3‐D‐gedruckte und bewehrte Betonbauteile im Shotcrete‐3‐D‐Printing‐Verfahren (SC3DP)

et al. 2019

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Mit dem 3‐D‐Drucken (Additive Fertigung) steht eine digital gesteuerte Fertigungstechnologie bereit, die das Potenzial hat, spezifisch für das Bauwesen entwickelt, zu einer Schlüsseltechnologie für die Digitalisierung der Bauwirtschaft zu werden. Bei der Additiven Fertigung erfolgt der Bauteilaufbau allein durch einen digital gesteuerten, schichtenweisen Werkstoffauftrag, ohne Formenbau oder Umformprozesse. Dies stellt einen Paradigmenwechsel zu den noch überwiegend handwerklichen, formgebenden Bauprozessen dar. Um das Potenzial dieser Technologie voll auszuschöpfen, müssen Strukturdesign, Materialverhalten und Fertigungsprozess integrativ aufeinander abgestimmt werden. Dies ermöglicht Bauwerke von hoher Gestaltungsfreiheit und einen ressourceneffizienten Einsatz von Werkstoffen. Am Institut für Tragwerksentwurf (ITE) und am Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der TU Braunschweig wird seit mehreren Jahren an Verfahren für den 3‐D‐Druck von großformatigen Betonbauteilen geforscht. In einem interdisziplinären Verbundvorhaben wurde das sog. Shotcrete‐3‐D‐Printing‐Verfahren (SC3DP) entwickelt. Bei der SC3DP‐Technologie handelt es sich um ein automatisiertes robotisches, additives Fertigungsverfahren, das Betonbauteile unter kontrollierter Zugabe von Druckluft Schicht für Schicht aufbaut. In dem vorliegenden Bericht werden erste 3‐D‐gedruckte und bewehrte Betonbauteile vorgestellt, die das Potenzial der SC3DP‐Technologie aufzeigen.

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Section: Grundlegende Prinzipien Der Additiven Fertigungunclassified

Additive Fertigung im Bauwesen: erste 3‐D‐gedruckte und bewehrte Betonbauteile im Shotcrete‐3‐D‐Printing‐Verfahren (SC3DP)

et al. 2019

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“…Compared to conventional production, 3D printing techniques hold an advantage for the fully automated production of components of high geometric complexity-even for small quantities. Therefore, 3D printing seems to be ideally suited for construction where piece production and geometric complexity are common [2]. CNC-based and robot-controlled 3D printing processes in particular offer the opportunity to minimize cost-intensive manual production.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

The Effect of Accelerator Dosage on Fresh Concrete Properties and on Interlayer Strength in Shotcrete 3D Printing

2020

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Recently, the progress in 3D concrete printing has developed enormously. However, for the techniques available, there is still a severe lack of knowledge of the functional interaction of processing technology, concrete rheology and admixture usage. For shotcrete 3D printing technology, we present the effect of accelerator dosages (0%, 2%, 4% and 6%) on fresh concrete properties and on interlayer strength. Therefore, early yield stress development up to 90 min is measured with penetration resistance measurements. Deformation of layers under loading is investigated with digital image correlation and a mechanical testing machine. One point in time (10 min after deposition) is examined to quantify vertical buildability of elements depending on the accelerator dosage. Four different interlayer times (0, 2, 5 and 30 min), which occur for the production of small and large elements as well as due to delay during production, are investigated mechanically as well as quantitatively with computed tomography regarding the formation of cold joints. With increased accelerator dosage, an instantaneous increase in early age yield stress and yield stress evolution was observed. An increase in interlayer time leads to a reduced strength. This is mainly attributed to the observed reduced mechanical interlocking effect of the strands. Finally, a model to describe interlayer quality is presented. In the end, advantages as well as limitations of the findings are discussed.

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“…3D digital printing precision and other fabrication variabilities have been a focus of interest in the scientific literature, including studies that compare the difference between the CAD model and the physical model [4]. In addition, other issues have dealt with the use of different digital manufacturing techniques with materials such as concrete [5] or the study of numerical models to analyze the behavior of timber folded surface structures using semi-rigid multiple tab and slot joints [6].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Computer Aided Design to Produce High-Detail Models through Low Cost Digital Fabrication for the Conservation of Aerospace Heritage

et al. 2019

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Aerospace heritage requires tools that allow its transfer and conservation beyond photographs and texts. The complexity of these engineering projects can be collected through digital graphic representation. Nevertheless, physical scale models provide additional information of high value when they involve full detailed information, for which the model in engineering was normally one more product of the manufacturing process, which entails a high cost. However, the standardization of digital fabrication allows the manufacture of high-detail models at low cost. For this reason, in this paper a case study of the graphic reengineering and planning stages for digital fabrication of a full-scale high-detail model (HDM) of the spatial instrument of the European Space Agency, named the Solar Orbiter mission Polarimetric and Helioseismic Imager (SO/PHI), is presented. After the analysis of this experience, seven stages of planning and graphic reengineering are proposed through collaborative work for the low cost digital manufacture of HDMs.

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Particle-bed 3D printing in concrete construction – Possibilities and challenges

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Additive Fertigung im Bauwesen: erste 3‐D‐gedruckte und bewehrte Betonbauteile im Shotcrete‐3‐D‐Printing‐Verfahren (SC3DP)

Additive Fertigung im Bauwesen: erste 3‐D‐gedruckte und bewehrte Betonbauteile im Shotcrete‐3‐D‐Printing‐Verfahren (SC3DP)

The Effect of Accelerator Dosage on Fresh Concrete Properties and on Interlayer Strength in Shotcrete 3D Printing

Computer Aided Design to Produce High-Detail Models through Low Cost Digital Fabrication for the Conservation of Aerospace Heritage

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