3D-Drucker-Materialien im Bauwesen: TU Darmstadt mit Forschungsverbund für 3D-Druck im Bauwesen

 20. Februar 2018  Andreas Krämer  

Forscherteam an der TU Darmstadt beschäftigt sich mit den vielfältigen 3D-Drucker-Materialien, für den 3D-Druck von Elementen für den Bau von Gebäuden und anderen Bauteilen die dem Bauwesen zuzuordnen sind. Ziel sind auch Forschungsergebnisse, um den 3D-Druck im Bau noch kostengünstiger, sicherer und beständiger zu machen.

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Ein Forscherteam an der TU Darmstadt beschäftigt sich beim 3D-Druck mit unterschiedlichen 3D-Drucker-Materialien wie Stahl, Kunststoff, Keramik und Glas. Die Universität ist somit die erste TU, an welcher eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks für das Bauwesen wissenschaftlich untersucht werden, heißt es in einer Mitteilung der TU Darmstadt.

Der neueste Forschungsgegenstand des Instituts für Stahlbau und Werkstoffmechanik (IfSW) am Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften ist ein mit dem 3D-Drucker gefertigtes Verbindungselement für das Bauwesen. Beim 3D-Druck entsteht wenig Abfall und ermöglicht eine material-, und ressourcenschonende Fertigung von Bauteilen. Im Maschinenbau konnte sich die Technik bereits erfolgreich etablieren und hochwertige Materialien verwendet, die außerdem regelmäßig nachuntersucht werden. Beispiele für den 3D-Druck beim Hausbau finden Sie zahlreich auf unserer Themenseite.

Verbindungselement für Bau aus 3D-Drucker
Ein Verbindungselement für das Bauwesen aus dem 3D-Drucker (Bild © Ulrich Knaack).

Wie Professor Jörg Lange, der Leiter des IfSW laut der Mitteilung erklärte, herrschen im Bauwesen andere Voraussetzungen, weil Bauwerke für eine lange Lebensdauer ausgelegt sind und in dieser Zeit erfolgen in der Regel keine Überprüfungen. Der extreme Kostendruck wirkt sich zudem auf die Materialauswahl aus. 3D-gedruckte Bauteile müssen demnach kostengünstig, sicher und beständig sein, was keine einfache Aufgabe für das Forscherteam der TU Darmstadt darstellt. Die Forschung wird aus diesem Grund breit aufgestellt, reicht von verschiedenen Ausgangsmaterialien bis zu konkreten praktischen Anwendungen. Hierzu besteht zwischen dem IfSW und verschiedenen Mittelstandsunternehmen eine Zusammmenarbeit, wobei einige Projekte vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert werden.

Vor allem bei Fassadenbauteilen und Verbindungselementen sieht Lange für sein Fachbereich aktuell mögliche Einsatzbereiche. Beim 3D-Druck kann zum Beispiel ein optimiertes Verbindungselement direkt auf einen Stahlträger aufgedruckt werden. Getestet wird die technische Ausführung mit Schweißrobotern, welche die Verbindungselemente schichtweise auftragen und hierbei dient das Schweißgut als Druckmaterial. Der Vorteil liege Lange zufolge in einer Zeit-, und Materialersparnis. Die enorme Freiheit bei der Formgebung ist ein weiterer Pluspunkt des 3D-Drucks im Bauwesen.

Wie Prof. Ulrich Knaack vom Institut für Statik und Konstruktion (ISM+D) des Forschungsbereichs „3D-Druck mit Keramik“ erklärte, können so konventionelle Baustoffe wie Ziegel auch gewölbt, filigran geformt oder mit besonderen Eigenschaften gefertigt werden. Er arbeitet in seinem Forschungsbererich mit einem Verband der Ziegelhersteller zusammen. Forschungsziel sind technische Lösungen, mit denen Ziegel individuell gedruckt werden können. Der Prototyp eines Ziegels ist ein luftiges Konstrukt, hier wurde wie beim 3D-Stahldruck das Material schichtweise aufgetragen und nach dem Druck gebrannt.

Ziegel aus dem 3D-Drucker
In individueller Form hergestellt, ein Ziegel aus dem 3D-Drucker (Bild © Ulrich Knaack).

Das ISM+D beschäftigt sich auf gleiche Art in Zusammenarbeit mit der Materialprüfungsanstalt (MPA) der TU Darmstadt mit dem Material Glas. Erste Versuche versprechen eine grundsätzliche Machbarkeit. Jedoch müssen vor der Entwicklung von Glasbauteilen grundsätzliche Fragen zur Prozesstechnologie und Verarbeitung geklärt werden. Wissenschaftlern des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) gelang zuletzt eigenen Angaben zufolge ein Durchbruch beim 3D-Druck von transparenten Glas und davon sollen Optikfirmen profitieren.

Der Schwerpunkt der Forscher liegt in der Entwicklung von Anwendungen für die Bauwirtschaft. Das Ziel aller Anstrengungen ist die Bildung eines Netzwerks und die Etablierung des 3D-Drucks im Baubereich. Von der TU Eindhoven wurde erst letzte Woche ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem das Verfahren für den 3D-Druck von Beton optimiert werden kann.

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