Forscher aus Niedersachsen von der TU Braunschweig untersuchen in einem Projekt den 3D-Druck von Leichtbaustrukturen für den Bau von Brücken und Dächern. Damit wollen sie einen Teil zur Reduktion von CO2-Emissionen beitragen. Das Bauwesen sorgt für höhere CO2-Emissionen als Schifffahrt, Luftfahrt und Verkehr zusammen.

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Im Bauwesen wird ein enormer CO2-Ausstoß verzeichnet, der größer als der Ausstoß beim Luft-, Schiff– und Autoverkehr zusammen ist. Ein von der Volkswagenstiftung gefördertes Projekt plant nun die Entwicklung einer Lösung zur Reduktion des immensen Materialverbrauchs beim Bauen, der mit für den hohen CO2-Ausstoß verantwortlich ist. Mit einer neuen Technik sollen filigrane Leichtbaustrukturen aus Beton entstehen. Ihre Arbeit haben die Forscher in einem Artikel mit dem Titel „Injection 3D concrete printing in a carrier liquid – Underlying physics and applications to lightweight space frame structures“ im Fachjournal Cement and Concrete Composites vorgestellt. Seit dem Wintersemester bietet die Hochschule Landshut einen neuen Bachelor-Studiengang „Additive Fertigung – Werkstoffe, Entwicklung und Leichtbau“ an.

Details zum Projekt

3D-Druck eines Betonstrangs in einem Trägermedium
Die Trägerflüssigkeit muss perfekt auf den Beton und den robotisch gesteuerten Prozess abgestimmt sein, damit das Material in der gewünschten Position bleibt (im Bild: 3D-Druck-Betonstrang in Trägermedium)(Bild © ITE/TU Braunschweig).

Mit dem 3D-Druck sind digitale Prozesse möglich, mit denen sich Material effizienter einsetzen und so bis zu 50 bis 70 Prozent an Material einsparen lässt. Ein neues Verfahren des Instituts für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) und des Instituts für Tragwerksentwurf (ITE) soll das übliche Prozedere, den schichtweise horizontalen 3D-Druck, neugestalten.
Die am Projekt „Beyond 3D Printing – A novel spatial printing technology for lightweight spaceframe concrete structures“ beteiligten Forscher um die Professoren Dirk Lowke, Harald Kloft und Norman Hackentwickeln ein 3D-Injektionsdruck-Verfahren (Injection 3D Concrete Printing), um leichte räumliche Strukturen herzustellen.

Lowke erklärt, dass sie statt der üblichen massiv betonierten Wände auf eine leichte aufgelöste Bauweise setzen. Sie injizieren einen Betonstrang in ein Trägermedium und bilden dort eine filigrane räumliche Struktur.

Lowke sagt weiter:

„Im Versuch ist die Trägerflüssigkeit ein durchsichtiges Gel. Für den großtechnischen Anwendungsprozess wollen wir dieses durch eine mineralische Suspension ersetzen, die günstiger, ökologisch unschädlich und in großem Maßstab recycelbar ist.“

» Mehr zum Thema: Über 20 Beispiele und Projekte für Brücken aus dem 3D-Drucker

Leichtbaustrukturen für Brücken und Dächer

Die Trägerflüssigkeit muss perfekt auf den Beton und den robotisch gesteuerten Prozess abgestimmt sein, damit das Material in der gewünschten Position bleibt. Wenn die Gesteinsmehlsuspension abgelassen wird, bleibt die additiv gefertigte Struktur zurück. Auf diese Weise könnten Brücken oder Dachtragwerke in einer Fabrik hergestellt und auf der Baustelle zusammengesetzt werden. Mit diesem Verfahren sind außerdem komplexe Geometrien ohne räumliche Einschränkungen möglich.

Damit die Struktur möglichst tragfähig ist, arbeiten die Forscher auch an der Integration einer Bewehrung. Dazu sollen laut Lowke Stahlstrukturen eingedruckt oder im Betonstrang ein langer Metall- oder Faserstrang mitgeführt werden. Die 3D-Druck-Technik der Forscher wird wohl erst in frühestens zehn Jahren großtechnisch einsetzbar sein. Vorerst gilt es, die Machbarkeit nachzuweisen.

Modell Brücke
Der 3D-Druck einer Leichtbaustruktur (im Bild) ermöglicht weniger Materialverbrauch (Bild © ITE/TU Braunschweig).

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