Das 3D-Druck-Unternehmen ExOne hat eine Fallstudie vorgestellt, die sich um das Thema 3D-Druck von Beton auf nachhaltige und effiziente Weise dreht. In diesem Zusammenhang hat die Carnegie Mellon University neuartige Formen von Wiegen und Pflanzengefäßen entwickelt und aus recyceltem Beton mit einem 3D-Drucker hergestellt. Die Bauweise und neuen Materialien sollen den CO2-Fußabdruck beim Bauen deutlich reduzieren.

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Dana Cupkova, eine außerordentliche Professorin an der Carnegie Mellon University School of Architecture (SOA) beschäftigt sich seit Längerem mit der Materialwiederverwendung und umweltfreundlichen Architektur mit fortschrittlichen Fertigungstechnologien. Dabei setzt sie laut einer Fallstudie des 3D-Druck-Unternehmens ExOne zunehmend auf das Binder Jetting-3D-Druckverfahren. Die für Cupkova zirkuläre Zukunft der Architektur verwendet Materialien als kontinuierliche, kostbare und endliche Ressource. Durch die additive Fertigung können diese nachhaltig genutzt werden. Auch in Deutschland an der TU Braunschweig werden Wege erforscht wie 3D-Druck von Leichtbaustrukturen für den Bau zur CO2-Reduktion beitragen kann.

3D-gedruckte Wiegen und Pflanzengefäße

Jüngst stellte sie 3D-gedruckte große Wiegen aus pulverförmigen Materialien wie Sand oder recyceltem Beton her. Diese infiltrierte und beschichtete sie mit biobasierten Harzen, um strukturell starke Designs mit einzigartigen Eigenschaften zu erzeugen. Die Wiegen sollen das Wassermanagement und natürliche Ökosysteme unterstützen und wurden im Gemeinschaftsgarten und der Baumschule auf dem Gelände von Hazelwood Green aufgestellt. Das Konzept hinter dieser Arbeit nennt Cupkova CRumBLE (Concrete Rubble Manufacturing for Building Lifecycle and Environment).

Cupkova erklärt:

„Wir verwenden zu viel Beton – wir verwenden ihn in großen, sperrigen Blöcken, die im Maßstab nicht mehr umweltfreundlich sind. Und wenn wir die bestehende Infrastruktur abreißen, entsorgen wir den größten Teil dieses Materials.“

Der Binder Jet 3D-Druck von recyceltem pulverisiertem Beton ermöglicht es, Beton mit weniger Volumen und Abfall effizienter zu formen.
Die Pflanzengefäße verfügen über eine ökologische Musterung auf der Oberfläche, die auf das Wachstum der einheimischen Pflanzenarten einer Region zugeschnitten sind. Komplexe Wasserkontroll- und Speicherkonzepte tragen dazu bei, dass die Gefäße selbst Teil der Umwelt werden, um Regenwasser aufzufangen.

Effizientere und nachhaltigere Konstruktion

Durch die optimierten Strukturen ist eine effizientere Konstruktion mit weniger Material und möglich. Wasserspeicherhohlräume helfen, Pflanzen zu kultivieren und verhindern überschüssigen Ablauf ins Abwassersystem. Mit traditionellen Methoden wäre die Herstellung kaum realisierbar. Individuelle Formen für jeden Standort traditionell herstellen, würde den CO2-Fußabdruck erhöhen und die Produktion ineffizient werden lassen. ExOne Binder-Jetting-Maschinen verwenden einen industriellen Druckkopf, der selektiv Bindemittel auf ein Pulverbett aufträgt.

Anschließend wird das Design mit einem biobasierten Hochleistungs-Epoxidharz infiltriert. Das Team von Cupkova hat bereits zementähnliche Festigkeits- und Materialeigenschaften in Prototypen erreicht, die aus dem Standardsand hergestellt wurden, der von Gießereien in großformatigen Binder-Jetting-Systemen verwendet wird. Cupkova möchte ihr Projekt voranbringen, indem sie zu wiedergewonnenem Material übergeht.

Sie erklärt:

„Wir werden mit lokalen Abbruchunternehmen zusammenarbeiten, um vorhandene Abfälle zu sammeln, die wir für Tests mit 3D-Druck zu körnigem Pulver pulverisieren können.“

Ihr Team wird Rohstoffe für das Binder Jetting aufbereiten und Materialien wie Beton aus dem Abfallstrom ableiten und recyceln. Damit möchte sie die Produktion neuer Materialien verhindern und eine lokale Wiederverwendung ermöglichen, um den CO2-Fußabdruck weiter zu reduzieren.

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