Forscher der ETH Zürich haben eine neue Methode für den robotergestützten 3D-Druck entwickelt, die zur Förderung eines nachhaltigen Bauens beitragen soll. Bei diesem Verfahren werden erdbasierte Materialien verwendet, die keinen Zement benötigen. Der Druckprozess erfolgt durch das Abfeuern des Materials aus der Luft, wodurch nach und nach Strukturen wie Wände entstehen. Durch den Aufprall verbinden sich die Teile mit minimalem Einsatz von Zusatzstoffen. Im Gegensatz zu herkömmlichem Betondruck erfordert dieses Verfahren keine Pausen, in denen das Material aushärten muss.
Das an der ETH Zürich entwickelte „Impact Printing“-Verfahren basiert auf einer interdisziplinären Zusammenarbeit. Ziel ist es, die Kosteneffizienz nachhaltiger Baumaterialien durch automatisierte Produktionsmethoden zu erhöhen. Im Gegensatz zum schichtbasierten 3D-Druck setzt diese Methode auf eine kontrollierte, hochfrequente Materialdeposition mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Metern pro Sekunde. Dadurch entstehen stabilere Verbindungen, die weniger auf Zusatzstoffe zur Verstärkung angewiesen sind.
Für die Umsetzung des Projekts wurde ein spezielles Druckwerkzeug entworfen, das auf verschiedenen robotischen Plattformen eingesetzt werden kann. Dies ermöglicht den Bau sowohl in einer Fabrikumgebung als auch direkt auf der Baustelle. Unter anderem wird das Druckwerkzeug im Robotic Fabrication Laboratory der ETH Zürich mit einem hochbelastbaren Portalsystem genutzt. Außerdem kann es auf einem autonomen, vierbeinigen Bagger installiert werden, der in der Lage ist, Strukturen bis zu einer Höhe von 3 Metern zu errichten. Der Bagger wurde von der Robotic Systems Lab der ETH entwickelt und modifiziert.
In Zukunft könnten die Forscher der ETH Zürich diese Technik auf unebenen Baustellen einsetzen, um Wandstrukturen und Infrastruktur wie Schallschutzwände zu realisieren. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, Wände und Säulen in maßgeschneiderter Form zu drucken. Neu entwickelte Software und rechnergestützte Designmethoden ermöglichen die Kontrolle des Bauprozesses. Obwohl die Wände zunächst eine raue Oberfläche aufweisen, lassen sich mit ökologischen Putzen glatte Oberflächen erzielen.
Der robotergestützte 3D-Druckprozess wurde speziell für zirkuläre Materialien mit geringem CO2-Fußabdruck entwickelt, wie erdbasierte und ausgehobene Materialien. Eine erdbasierte Mischung mit geringem CO2-Ausstoß wurde vom Lehrstuhl für nachhaltiges Bauen der ETH Zürich entwickelt. Diese Mischung besteht hauptsächlich aus lokal verfügbaren Sekundärmaterialien mit einem minimalen Anteil an mineralischen Zusatzstoffen. Ein Großteil des Materials stammt von einem Industriepartner, Eberhard Unternehmungen, der sich auf zirkuläre Bauweisen spezialisiert hat.
Die Forscher der ETH Zürich sind zuversichtlich, dass dieses Verfahren zukünftig auch auf andere Materialien und Anwendungen ausgeweitet werden könnte. Über die weiteren Entwicklungen berichten wir auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin-Newsletter (hier abonnieren).