3D-Stahlbetondrucker

• Fachliche Zuordnung: Bauwesen und Architektur
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461499427

Das beantragte Großgerät ermöglicht die Integration von Bewehrung in 3D-gedruckte Betonbauteile sowie die Skalierung dieser ins Großformat. Die Zielsetzung ist damit die Erforschung und Herstellung additiv gefertigter Stahlbetonstrukturen. Der beantragte 3D-Stahlbetondrucker soll im Projekt “Particle-Bed 3D Printing by Selective Cement Paste Intrusion (SPI) - Particle Surface Functionalisation, Particle Synthesis and Integration of WAAM Reinforcement” des DFG TRR 277 ‘Additive Manufacturing in Construction – The Challenge of Large Scale’ zum Einsatz kommen. Dabei soll die Erforschung sowie die großformatige Fertigung von Betonbauteilen mittels der Selective Paste Intrusion (SPI – ein Verfahren, bei welchem lagenweise in einem Partikelbett liegende Gesteinskörnung durch das lokale Eindringen von Zementleim gebunden wird) in Kombination mit dem gleichzeitigen schichtweisen Einbringen von Bewehrung mittels der Wire and Arc Additive Manufacturing Methode (WAAM - Lichtbogenschweißen) ermöglicht werden. Zu diesem Zweck soll das Großgerät aus drei wesentlichen Hauptkomponenten bestehen: einer SPI-Einheit zur großformatigen additiven Betonherstellung, einer WAAM-Einheit zur Bewehrungsherstellung sowie einem die beiden vorgenannten Einheiten überspannenden Portalsystem (L/B/H = 10/5/5 m³). Dieses ermöglicht die Kombination der am Portal befindlichen und damit beweglichen WAAM-Einheit und der unter dem Portal (im Bauraum) befindlichen, fixen SPI-Einheit. Das Portalsystem wird über 5 Freiheitsgrade am Werkzeugkopf (multifunktionale Einheit) verfügen: 3 Achsen am Portal sowie einen dreh-/schwenkbaren Werkzeugkopf. Dies ermöglicht eine räumlich unbeschränkte Herstellung freigeformter Elemente im gesamten Bauraum. Die SPI-Einheit wird im Baukastenprinzip aufgebaut, um größtmögliche Funktionalität für die Materialentwicklung und die spätere Skalierung zu ermöglichen. Das Gesamtgerät ist so konzipiert, dass neben dem simultanen auch ein separater Betrieb der SPI- und der WAAM-Einheit möglich ist, um auch Untersuchungen mit den Einzelmaterialien durchführen zu können. Weiterhin ist vorgesehen, den Werkzeugkopf des Portalsystems als multifunktionale Einheit zu etablieren, sodass einerseits die schon beschriebene WAAM-Einheit und andererseits alternative Anbauten z.B. andere Schweißsysteme, Anbauten zur Betonextrusion, Greifer- / Stecksysteme oder ein zusätzlicher Roboterarm angekoppelt werden können. Dies bietet Möglichkeiten zur automatisierten Einbringung vorgefertigter Bewehrungselemente in additiv hergestellte frische Betonstrukturen und zur Kombination verschiedener Additiver Fertigungsverfahren. Zudem können aufgrund der Größe des Portalsystems auch kollaborative Interaktionen mit mobilen Robotern untersucht werden, was das Einsatzspektrum des Großgeräts auch für zukünftige Anwendungen der kommenden Jahre erheblich erweitert. Das beantragte Großgerät trägt damit maßgeblich zum Ziel des TRR 277 – der Umsetzung einer großformatigen Anwendung – bei.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 3D Betondrucker
• Gerätegruppe: 2110 Formen-, Modellherstellung und gießereitechnische Maschinen
• Antragstellende Institution: Technische Universität München (TUM)
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Christoph Gehlen