Das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) hat ein kabelgetriebenes Konstruktionsverfahren mit dem Namen „Sky Big Area Additive Manufacturing“ (SkyBAAM) patentiert, das eine Düse verwenden kann, um ganze Gebäude mit BAAM-3D-Druck herzustellen, während sie in der Luft schwebt. SkyBAAM kann mit an Aufwicklungen befestigten Kabeln betrieben werden. Benutzern wird so vollständige räumliche Kontrolle über die Bewegungen ihres Endeffektors ermöglicht. Derzeit ist beim Einsatz von auf Portalen montierten Systemen eine umfangreiche Standortvorbereitung notwendig, die mit SkyBAAM vereinfacht wird. Die Aufschlüsselung der SkyBAAM-3D-Druck-Technologie vom ORNL ist hier unter der Patentnummer „11230032“ nachzulesen.
Material- und Energiebedarf im Bauwesen reduzieren
Laut dem auf FedInvent veröffentlichten Dokument umfasst das Patent „kabelgetriebene AM-Systeme, die einen Endeffektor umfassen, der für eine lineare Verschiebung innerhalb eines dreidimensionalen Arbeitsraums konfiguriert ist, eine Luftwinde, die den Endeffektor an mindestens einem Aufhängungskabel aufhängt, eine Vielzahl von Basisstationen, die unterhalb der Luftseilwinde angeordnet sind, und Steuerkabel, die von jeder ausgehen.“
Das Team von SkyBAAM erklärt im Vorwort des Patents, dass beim Bau eines durchschnittlichen Einfamilienhauses mit herkömmlichen Verfahren 3-7 Tonnen Betonabfall anfallen. Die ORNL-Ingenieure wollen nachhaltigere Strukturen mit einzigartigen Geometrien schaffen und den Material- und den Energiebedarf senken. Aktuelle Bausysteme sind mit Düsen ausgestattet, die an einem Portalrahmen montiert sind. Die Benutzer können ihre Betonablagerung nach Bedarf skalieren und Strukturen mit bis zu drei Stockwerken bauen. Ein Beispiel für ein dreistöckiges 3D-gedrucktes Haus ist das Wohnhaus im deutschen Wallenhausen, hergestellt mit dem BOD2-3D-Drucker von COBOD. Mit dem Vulcan-II-3D-Drucker von ICON wurden ebenfalls schon einige Bauprojekte umgesetzt, wie das 3D-gedruckte Dorf in Südamerika, das ICON mit der Non-Profit-Organisation New Story realisiert hat.
Das SkyBAAM-System
Das SkyBAAM-3D-Druck-System ist so konzipiert, dass es mit einigen Rollen betrieben wird, die über Basisstationen vor Ort gesteuert werden können. An der Maschinenspitze hängt ein Endeffektor, an dem angebliche jede zementkompatible Düse angebracht werden kann, und ein Ausleger, der einen Schlauch zur Materialversorgung tragen kann.
Die Entwickler von SkyBAAM erklären, dass zwei der Basisstationen mit Aktuatoren wie Kabelwicklern ausgestattet sein sollten, um die Düse in Position zu bringen. Eine dritte passive Basis stellt nur Spannungssteuerung bereit. Das System lässt sich individuell mit zusätzlichen Stationen, Kabelführungen oder einer automatischen Zentralsteuerung anpassen.
Dass die Rollen lösbar befestigt werden können, ist ein Hauptvorteil beim Wechsel von einem Portal zu einem kabelgebundenen Aufbau. Dadurch wird der Letztere viel einfacher einzusetzen sein. Das Design des Systems ermöglicht es, mit nur drei Freiheitsgraden zu arbeiten, verglichen mit den sechs, die für normale kabelbetriebene Systeme erforderlich sind. Das macht es einfacher und einsatzfähiger.
Auf experimenteller Ebene setzt das ORNL den SkyBAAM 3D-Drucker bereits ein, obwohl er sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet.
3D-Druck mit SkyBAAM (Video)
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