Forscher der West Pomeranian University of Technology (ZUT) haben die Automatisierung in der Konstruktion und den 3D-Druck von Gebäuden untersucht, um die Fertigungsprozesse weiter zu verbessern. Dabei ging es besonders um die Verwendung der additiven Fertigungstechnologie bei der Herstellung eines Gebäudewandmodells. Die Türöffnung wird dabei mit einer automatisierten Oberbalkeninstallation abgeschlossen.
Externe Komponenten während in den additiven Fertigungsprozess integrieren
Der Balken wird über Öffnungen wie Türen, Fenstern usw. platziert und trägt die Last der darüber liegenden Struktur. Die Forscher wollten die geringe Kapazität von 3D-gedruckten Betonmischungen zur Lastübertragung verbessern. Die Integration externer Komponenten wie Balken während des 3D-Drucks führt oft zu Problemen.
Bisher habe sich laut der Studie die Entwicklung der Bautechnologie auf die Automatisierung beim Bau von Gebäuden konzentriert. Bei traditionellen Baumethoden verursacht die Schalung 35–54% der Gesamtkosten. Mit der additiven Fertigung entfällt die Notwendigkeit einer Schalung, was zu einem deutlichen Ersparnis bei der Produktion, den Kosten und dem Arbeitsaufwand führt. Die Arbeit am Bau wird sicherer und nachhaltiger. Die Ersparnisse sind für die gemeinnützige Organisation New Story und das Bautechnologieunternehmen ICON auch ein Grund, bei der Bekämpfung der Obdachlosigkeit in den USA Häuser aus Beton mit dem 3D-Drucker zu bauen, um Siedlungen entstehen zu lassen.
Den ZUT-Forschern war es wichtig, die geeignete Extrusionsgeschwindigkeit zu finden. Die Korrelation zwischen der Erhöhung der Belastung durch zusätzliche gedruckte Schichten und dem Wachstum der Festigkeit von Schichten, die bereits während des Aushärtungsprozesses platziert wurden, sollten sichergestellt werden.
Simulation, um Prozess besser zu verstehen
In einer Simulation war es den Forschern möglich, den automatisierten Prozess sehr genau entwerfen zu können. Es entstand eine Wand mithilfe eines 3D-Roboters, der mit einem Pumpmodul verbunden war. Ein G-Code ermöglichte die Steuerung der Bewegung des 3D-Drucker und des Druckkopfs. Eine in einem Labormischer entstandene Mischung wurde zu einer Pumpeneinheit übertragen und über einen Schlauch zum Druckkopfbehälter geliefert.
Ein speziell entwickelter Greifer wurde in einer festgelegten Position an der Wand installiert. Die Balkenplatzierung über den Greifer erfolgte während der 3D-Druckroboter arbeitete. Nach der Platzierung nahm der 3D-Druckroboter die Arbeit sofort wieder auf. Es zeigte sich, dass der Drucker zum Platzieren von Fertigteilen während des gesamten Druckvorgangs verwendet werden kann. Die Studie mit dem Titel „Automation in the Construction of a 3D-Printed Concrete Wall with the Use of a Lintel Gripper“ wurde in der Zeitschrift Materials veröffentlicht.
