Leitthema ___ Additive Verfahren

Material und Maschinen­technologie von Morgen heute erproben.

Bauen nach industriellem Vorbild. Der produktive Einsatz generativer Fertig­ungs­verfahren bedarf einer ganz­heitlichen Betrachtung von der Planung über das Material und die Maschinen­technologie bis hin zur Bau­konstruktion.

Was ist additive Fertigung im Bauwesen?

Flexibilität in Form und Zeitpunkt der Herstellung

3D-Druck ist ein Synonym für die additive Fertigung, bei der ein Werkstoff schicht­weise verbunden wird, um ein Bauteil herzu­stellen. Für das Bau­wesen bedeutet dies konkret, dass ein Manipulator den Druck­kopf entlang einer geforderten Trajektorie bewegt. Während­dessen trägt der Druck­kopf den Werk­stoff schichtweise aus. Das Auftürmen der einzelnen Schichten erzeugt das Bau­werk. Der Werk­stoff ist typischer­weise Mörtel oder Beton.

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Eine Überführung der 3D-Drucktechnologie in die breite Bau­praxis erfordert einen inter­disziplinären Entwicklungs­ansatz aus Bau­betriebs­wesen, Bau­maschine und Baustoff.

Das Construction Future Lab bietet ein umfang­reiches Testgelände, um verschiedenen Frage­stellungen bei der Weiter­entwicklung der Technologie nachzugehen.

Die konkrete Potenziale des Beton-3D-Druck

#01

Die Beschleu­nigung der Bau­arbeiten und Steiger­ung der Arbeits­produktivität

#02

Der Wegfall von Schalung und Arbeits­gerüsten

#03

Die Reduktion des Bau­prozesses auf wenige Haupt­vorgänge

#04

Die Reduk­tion hand­werklich komplexer, manueller Fach­arbeit

Die Welt
ist 3D

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Arbeitsbereich ___ 01/03

Entwicklung von Maschinen­technik: Druck­kopf/Sensorik

Der Druckkopf ist das Werkzeug zum Betoneinbau. Ein robustes und einfaches Design sowie die vielfältige und prozesssichere Ver­arbeitung verschiedener Werkstoffe gewährleisten einen störungs­freien Druckprozess. Neben der konstruktiven Gestaltung sind die Sensor­integration und das Schließen von Regel­kreisen ein essen­zieller Baustein. Dies erlaubt die Dokumentation des Bauvor­habens während des Druck­prozesses und steigert den Automatisierungs­grad.

Eine robuste Maschinentechnik und die prozesssichere Verarbeitung des Materials in Verbindung mit geeigneten Automatisierungs­lösungen sind die Grundlage zur Überführung des Beton-3D-Drucks vom Labor in die praxistaugliche Anwendung.

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Bauablauf: Digitale Prozesskette

Additive Bauverfahren benötigen eine Druckstrategie, um das geplante Gebäude herzustellen. Zur ökonomischen und korrekten Ausführung automatisierter Bauverfahren ist eine durchgängige Prozesskette vom geplanten Gebäudemodell über die Maschinen­steuerung des konkreten Druckprozesses bis hin zum digitalen Dokumentationsmodell notwendig.

Eine Herausforderung ist die automatisierte Verarbeitung der notwendigen Daten zur Ansteuerung des Beton-3D-Druckers unter Berücksichtigung von Druck­material und Maschine, da aktuell keine Standards für den digitalen Prozessfluss vorliegen. Zudem er­schwert fehlende Messtechnik eine Daten­erfassung zur Dokumen­tation der Ausführungsphase.

Eine geschlossene Datenkette von der Planung bis zur Ausführung und zurück, erlaubt eine Steigerung der Ausführungsqualität und die Reproduzierbarkeit von Druckszenarien.

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Integration von Bewehrung: Stahlbewehrung

Die Betonbauweise gestattet in Verbindung mit Bewehrung den Bau von stark beanspruchten Bauwerken. Die Bewehrung leitet auf­tretende Zugkräfte ab und der Beton nimmt die Druckkräfte auf.

Weltweit wird im Hochbau Stahlbewehrung am häufigsten eingesetzt. Die Integration von kraftflussorientierter Bewehrung stellt ein Entwicklungsdefizit beim Beton-3D-Druck dar, da dieser Prozess weiterhin von manueller Arbeit geprägt ist und der Verbund von Beton und Stahl bei 3D-Druckverfahren noch nicht gewähr­leistet wird.

Eine prozesssichere und automatisierte Integration während des Druckablaufs erlaubt die weitere Parallelisierung von Bautätig­keiten, wodurch die Bauausführung weiter beschleunigt wird und Fachkräfte von schwerer körperlicher Arbeit entlastet werden.

Ansprechpartner

Florian Storch

Dipl.-Ing. Florian Storch

Leitung Additive Verfahren

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