Industrieller 3D-Betondruck durch selektive Zementaktivierung - Verfahren, Material, Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Gehlen; Professor Dr.-Ing. Dirk Lowke; Professor Dr.-Ing. Stefan Winter
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389705984

Aufgrund der vielversprechenden Ergebnisse des DFG Vorgängerprojekts "Additive Fertigung frei geformter Betonbauteile durch selektives Binden mit calciumsilikatbasierten Zementen" im Rahmen des SPP 1542 "Leicht Bauen mit Beton" ist es das Ziel des Transferprojektes, das selektiv bindende 3D-Druckverfahren selektive Zementaktivierung aus dem Stadium der Grundlagenforschung in ein für die Bauindustrie anwendbares Prototypenstadium zu überführen und mit dieser Technik erstmalig Bauteile aus Beton mit relevanten Festigkeiten und Größen für den Bau fertigen zu können. Bei der selektiven Zementaktivierung wird ein trockenes Partikelbett bestehend aus feiner Gesteinskörnung und Zement durch das Aufbringen einer flüssigen Phase bestehend aus Wasser und ggf. Additiven selektiv verfestigt. Im Vorgängerprojekt wurden bereits fundierte Kenntnisse über die Material- und Verfahrenstechnik gewonnen, die im Labormaßstab die Fertigung von Bauteilen mit konstruktiv relevanten Festigkeiten und mit guter Oberflächenauflösung und Formtreue ermöglichten. Dazu wurden kleinmaßstäbliche Demonstratoren erstellt, die die Möglichkeiten der Produktion von hochkomplexen Bauteilen mit Überhängen ohne weitere Stützkonstruktionen zeigten, die mit anderen Verfahren wie geschaltem Beton oder der additiven fertigenden Betonextrusion nicht oder nur schwer realisierbar sind. Am Ende des Transferprojektes soll ein vom Anwendungspartner Progress entwickelter und produzierter, großmaßstäblicher Prototyp eines 3D-Druckers mit einem Bauraum von ca. (L x B x H) 4,5 m x 2,5 m x 1,0 m für die Produktion von maßgefertigten, frei geformten Bauteilen für den Einsatz in kraftflussoptimierten, leichten Tragwerken und für den Bau verlorener Schalung im Realmaßstab zur Verfügung stehen. Des Weiteren soll durch die Weiterentwicklung der Materialtechnik die Produktion von Bauteilen für den Einsatz in tragenden Bauteilen im Innen- und Außenbereich möglich sein sowie Rahmenbedingungen für den Einsatz geeigneter Material-Nachbehandlungs-Kombinationen in großen 3D-Drucksystemen geschaffen werden. Besonderer Fokus liegt dabei auf der Isotropie der Materialeigenschaften sowie dem Schichtenverbund. Abschließend soll durch neu entwickelte Anwendungskonzepte und Detaillösungen ein vereinfachter Einstieg für den Einsatz der selektiven Zementaktivierung im Bauwesen geschaffen werden. Neben dem Schwerpunkt der Herstellung unbewehrter Bauteile sollen erstmals Konzepte für die Anwendung von nachträglich eingebrachter und extern vorgespannter Spannbewehrung entwickelt und in einem Prototyp umgesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Progress Maschinen & Automation AG
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Klaudius Henke