Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) und der Fachhochschule Südschweiz (SUPSI) haben laut einer Digital Building Technologies einen 3D-Drucker entwickelt, der in der Lage ist, große Mengen an Steinabfällen aus Steinbrüchen in Architekturelemente umzuwandeln. Das Gesteinsmehl kann bis zu 40 % der Gesamtproduktion ausmachen. In einer Fallstudie haben die Forscher demonstriert, wie sie aus dem Nebenprodukt eines Marmorsteinbruchs im Tessin ein optimiertes Bodensystem herstellen. Mit dem Projekt konnten die Forscher zeigen, wie Anwender mit 3D-Druck den gesamten Materialverbrauch reduzieren und auf Nutzung lokaler recycelter Ressourcen setzen können. Auf der Architekturbiennale 2023 in Venedig, die am 20. Mai beginnt, soll das Ergebnis der Arbeit, eine Baugruppe des Bodensystems zu sehen sein.
3D-Druck mit Geopolymer Binder Jetting
Für ihren 3D-Drucker entwickelte das Team der ETH Zürich das 3D-Druckverfahren Binder Jetting weiter, bei dem körniges Material mit einer Bindemittelschicht Schicht für Schicht verfestigt wird. Sie wählten ein Bindemittel auf Geopolymerbasis und mussten dafür die Hardware ebenso wie die Software neu gestalten. Mit dem Geopolymer Binder Jetting (GeoBJT) konnten sie nicht nur die Leistung der 3D-gedruckten Teile verbessern, es stand ihnen außerdem eine größere Auswahl an Materialien für Bindemittel und Partikel sowie höhere Aufbauraten zur Verfügung. Für die Arbeit vor Ort nutzten sie einen mobiler Container-basierter Aufbau ähnlich einer Feldfabrik.
Tests zeigten eine deutliche Verbesserung der mechanischen Reaktion der gedruckten Teile, wobei die Festigkeit der Teile mit der von Beton vergleichbar war. Die durchschnittlichen Werte lagen bei über 30 MPa bei Druck und 5 MPa bei Zug. Das amorphe Geopolymer-Bindemittel wurde durch das Mischen einer Alumosilikatquelle mit einem alkalischen Aktivator synthetisiert und ist ähnlich fest wie Beton, bietet aber einen geringeren CO2-Fußabdruck. Das Bindemittel verfügt über eine hervorragende Feuchtigkeitspufferkapazität, was die Widerstandsfähigkeit des Gebäudes bei extremen Hitzewellen potenziell erhöht.
Die Forscher stellten einen rippenversteiften Standseilbahnboden aus diskreten, vorgefertigten Bauteilen her, dessen Prototyp aus 17 einzelnen Elementen bestand, die mit trockenen Verbindungen zusammengefügt werden und eine rechteckige, an den Ecken gestützte Gewölbestruktur bilden.
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