Forscher der australischen RMIT University haben die Möglichkeiten untersucht, die natürliche Stärke von Hummerschalen für spezielle 3D-Druck-Muster nutzbar machen zu können. Es zeigte sich, dass in den auf Hummern basierten Mustern der mit 3D-Druck zu Betonobjekten verarbeitete Stahlfaserbeton stabiler und fester ist, als in den unidirektionalen Linien gedruckten Varianten ist. Die Forscher gehen davon aus, dass Hummerschalen in Zukunft dabei helfen können, stärkere Betonformen mit 3D-Druckern herzustellen.

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Forscher der RMIT University haben eine Methode untersucht, wie sie die natürliche Stärke von Hummerschalen für spezielle 3D-Druck-Muster nutzen können. Die Verdrillungsmuster konnten mit einer speziellen, mit Stahlfasern angereicherten Betonmischung kombiniert werden, wodurch der Beton stärker als traditionelle Betonvarianten wurde. Die Ergebnisse ihrer Arbeit wurden im Fachjournal 3D printing and additive manufacturing in einem Artikel mit dem Titel „Influences of printing pattern on mechanical performance of 3D printed fibre-reinforced concrete“ veröffentlicht, wie die Universität in einer Pressemitteilung erklärt.

3D-Druck in verschiedenen Mustern statt unidirektional

Hummer im Wasser
Die stabile Bauweise der Panzerung von Hummern und Langusten dient den Wissenschaftlern zur Grundlagenforschung für die Weiterentwicklung des 3D-Drucks für das Bauwesen und anderen architektonischen Betonelementen (Symbolbild © dipressionist / 123RF.com).

Das Team der RMIT School of Engineering untersuchte Möglichkeiten, den Beton durch verschiedene Kombinationen von Druckmusterdesign, Materialauswahl, Modellierung, Designoptimierung und Verstärkungsoptionen zu verbessern. Die Forscher arbeiteten dabei mit verschiedenen Druckmustern und beobachteten den Einfluss auf die Festigkeit von Stahlfaserbeton.

Es zeigte sich in früheren Untersuchungen, dass 1-2% Stahlfasern in der Betonmischung Defekte und Porosität verringerte und die Festigkeit erhöht. Der Beton konnte mit den Fasern früher ohne Verformung aushärten, was höhere Strukturen ermöglichte.

Die Forscher testeten, wie sich der Druck des Betons in helikoidalen Mustern (inspiriert von der inneren Struktur von Hummerschalen), Kreuzlagen und quasi-isotropen Mustern (ähnlich wie bei laminierten Verbundstrukturen und Schicht für Schicht abgeschiedenen Verbundwerkstoffen) und Standard unidirektionale Muster auswirkte. Im Gegensatz zu unidirektionalen Drucken waren die Ergebnisse fester. Die Spiralmuster erwiesen sich am vielversprechendsten für die Unterstützung komplexer 3D-gedruckter Betonstrukturen.

Weitere Untersuchungen mit 3D-Großdrucker

Hummerschalen sind von Natur aus stark und natürlich gebogen. Die Forscher erklären, dass diese Schalen dabei helfen können, stärkere Betonformen wie Bögen und fließende oder verdrehte Strukturen zu liefern.
Ein mobiler 3D-Großdrucker hilft dem RMIT bei weiteren Studien. Der 5 × 5 m große Roboterdrucker soll den Forschern bei Tests zum 3D-Druck von Häusern, Gebäuden und großen Bauteilen helfen. Der 3D-Druck von Beton mit recycelten Abfallstoffen wie Weichplastikaggregaten wird ebenfalls untersucht.

Hummer-inspirierte 3D-Druck-Strukturen
Die Forscher arbeiteten mit verschiedenen Druckmustern (im Bild) und beobachteten den Einfluss auf die Festigkeit von Stahlfaserbeton (Bild © RMIT University).

Der leitende Forscher Dr. Jonathan Tran, sagte dazu:

„Die 3D-Betondrucktechnologie hat ein echtes Potenzial, die Bauindustrie zu revolutionieren, und unser Ziel ist es, diese Transformation näher zu bringen. Unsere Studie untersucht, wie sich unterschiedliche Druckmuster auf die strukturelle Integrität von 3D-gedrucktem Beton auswirken, und zeigt erstmals die Vorteile eines bioinspirierten Ansatzes in 3DCP auf. Hummer-Exoskelette haben sich über Millionen von Jahren zu Hochleistungsstrukturen entwickelt. Diese nachzuahmen könnte neue Erkenntnisse bringen.“

3D-Druck von Beton zunehmend im Einsatz

Viele Unternehmen setzen auf den 3D-Druck von Beton im Hausbau. In Deutschland entsteht ein Mehrfamilienhaus mit dem 3D-Drucker. Auch in Dubai, Indien und Belgien werden ähnliche Projekte realisiert. Viele Firmen sehen in dieser Technologie eine kostengünstige Methode für leistbaren Wohnraum. Das zeigte sich auch in den USA, wo eine ganze Siedlung aus dem 3D-Drucker stammt. In dieser finden Obdachlose und arme Familien ein Heim. Wenn die Entwicklung des RMIT gut vorankommt, wird sich das bestimmt auch auf den 3D-Druck von Häusern auswirken.

Wie Hummer Forschern zu stärkerem Beton verhelfen (Video)

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