An der Technischen Universität Graz forscht ein Team bei dem Projekt COEBRO an der ressourcenschonenden Herstellung von Betonbauteilen. Forschungsschwerpunkt und Ziel von COEBRO war es, zwei Betonteile unter eine möglichst maximalen Effizienz herzustellen. Für die individuell geplanten, ungeschalten Betonbauteile kamen 3D-Drucker zum Einsatz. Weitere 3D-gedruckte Betonteile sollen jetzt folgen, um den 3D-Druck im Bauwesen noch effizienter zu machen.
Die Mitarbeiter der Technischen Universität Graz, Stefan Peters und Andreas Trummer, leiten das Projekt COEBRO (Additive Fabrication of Concrete Elements by Robots) gemeinsam mit Bernhard Freytag vom Labor für Konstruktiven Ingenieurbau und Viet Tue Nguyen vom Institut für Betonbau. COBERO wird von der Forschungsförderungsgesellschaft und von Partnern aus der Wirtschaft finanziert.
Gusstechnik nicht rentabel
Laut einer Medienmitteilung der TU Graz ist es das Ziel von COEBRO Betonfertigteile mit einem 3D-Drucker zu drucken. Bisher nutzte man dafür die Gusstechnik. Gegossene Bauteile sind robust. Dass aus der einmal erstellten Schalung aber immer nur das gleiche Betonteil hergestellt werden, ist die Gusstechnik nicht besonders effizient. Individuelle Schalungen oder geometrisch anspruchsvollere sind teuer und nicht rentabel. Anhand eines Deckenelements zeigte das Team von COEBRO das Problem. Es wurde überlegt, wo Beton eingespart werden kann, ohne die Performance zu verlieren.
Individuell geplante Elemente kann ein Druckroboter auf Basis eines digitalen Modells auch individuell umsetzen. Das zweite Objekt, das COEBRO realisieren möchte, ist ein verschnörkeltes Fassadenteil, das in einer Schalung nicht produzierbar wäre. Erste Druckversuche fanden bereits Mitte November statt. Zuerst wurden beide Elemente genauestens rechnerisch untersucht, Einsparmöglichkeiten erörtert und überprüft. Dann wurden die Fahrwege des Roboters analysiert.
Entwicklung eines eigenen Druckkopfs
Auf Basis der Ergebnisse wurde gemeinsam mit den Industriepartnern ein geeigneter Druckkopf für den Roboter entwickelt. Am Anfang wurde der Beton noch mit der Hand angerührt und über einen Trichter aufgebracht. Jetzt setzt das Team eine Schneckenpumpe ein und Betonmischung wird trocken in einem Big-Bag-Sack aufbewahrt. Ein dementsprechend langer Schlauch bringt den Beton bis zum Druckkopf, der den Beton in Bahnen ablegt.
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Herausforderungen beim 3D-Druck mit Beton
Es war nicht einfach, die druckbare Betonmischung zu optimieren. Der Beton musste beim Fluss durch die Druckdüse noch transportfähig sein und durfte auch bei kurzen Pausen nicht verkleben. Am Bestimmungsort angekommen war es wichtig, dass er nicht mehr verrinnt und mit der aufgetragenen Schicht eine Bindung eingeht. Die Pumpbarkeit war ebenfalls schwierig zu regeln. Am Ende fand man in einer feinen Betonmischung, deren gröbste Teile nur maximal drei Millimeter groß waren, die perfekte Lösung. Die Verbindung einzelner Betonbahnen, die man anfangs noch trennen konnte, konnten am Ende ebenso optimiert werden.
Es wird noch eine Weile dauern, bis die Verwendung von 3D-Druckern für Bau zum alltäglichen Standard wird. Die TU Graz sieht sich jedoch weit vorne bei der spannenden Weiterentwicklung der Technologie.
Auch die TU Braunschweig stellte Anfang des Monats eine neue Methode vor, großformatige Objekte ohne Schalung mit einem 3D-Drucker herzustellen. Dubai geht in Sachen Betondruck für den Hausbau noch einen Schritt weiter und möchte bis 2030 einen Großteil der Häuser 3D-gedruckt entstehen lassen. Über die weitere Entwicklung berichten wir auch zukünftig in unserem kostenlosen 3D-Drucker-Newsletter.