Digitalisierung von Lehmbauverfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kay Smarsly
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533200586

Lehmbauwerke sind eine nahezu in Vergessenheit geratene Form des ökologischen Bauens. Neben ihrer Nachhaltigkeit bieten Lehmbauwerke enorme gesundheitliche Vorteile für die Bewohner/innen. Die arbeitsintensiven und zeitaufwendigen Prozesse sowie das hohe Maß an handwerklichem Geschick sind die limitierenden Faktoren bei der Produktivität von Lehmbauverfahren, die auf einem jahrhundertealten Stand der Technik basieren. Um die positiven Aspekte von Lehmbauwerken auch zukünftig nutzen zu können, kann der herkömmliche Lehmbau mit additiven Fertigungsverfahren und mit modernen Sensortechnologien gekoppelt werden. Durch die Digitalisierung von Lehmbauverfahren hat die lehmbasierte additive Fertigung, kurz "Lehmdruck", das Potential, die derzeitige Verfahrensweise in ein Smart Manufacturing zu überführen. Hierfür muss jedoch eine formale, informatorische Grundlage bereitgestellt werden, um die für den Lehmdruck erforderlichen Informationen angemessen erfassen, speichern, analysieren, beschreiben und nutzen zu können. Das beantragte Forschungsvorhaben zielt darauf ab, den Lehmdruck durch die Entwicklung von generischen, semantischen Datenmodellen zu formalisieren, um eine formale Beschreibung von additiv hergestellten Lehmbauwerken sowie des Druckprozesses zu ermöglichen. Es wird eine neue Methodik entwickelt, die auf verschiedene additive Fertigungsverfahren anwendbar ist. Im Speziellen sollen beim Lehmdruck die Informationslücken im Daten-Tripel aus Prozessparametern, Werkstoffparametern und Geometrieparametern ohne Informationsverluste geschlossen werden. Folgende Ziele werden verfolgt: (1.) Modellierung der Parameter und deren semantischen Beziehungen (Prozessparameter), einschließlich Sensortechnologien, die die Prozessplanung, Prozessüberwachung und Prozesssteuerung unterstützen; (2.) Integration des Baustoffs Lehms in den digitalen Workflow des Druckprozesses als "digitales Material", einschließlich Materialzusammensetzungen, -eigenschaften und -verhalten (Materialparameter) die für Extrudierbarkeit und Formbarkeit relevant sind und; (3.) Instanziierung der digitalen Modelle (auf Grundlage der Geometrieparameter) zur Unterstützung von Design, Simulation und Druck von Lehmbauwerken. Abschließend wird die Methodik über ein Verfizierungskonzept, das auf formaler Logik aufbaut, mathematisch geprüft, um Qualität und Produktivität von Lehmdruckverfahren zu erhöhen. Zur Validierung werden Anwendungsfälle definiert. Die zunächst abstrakten Ansätze werden mittels so genanntem Fabrication Information Modeling prototypisch implementiert und Versuche mit einem Baufertigungsroboter durchgeführt. Im Ergebnis wird erwartet, dass eine formale Grundlage bereitgestellt wird, die alle für den Lehmdruck relevanten Informationen, einschließlich Prozess-, Werkstoff- und Geometrieinformationen, vollständig und formal korrekt beschreibt und einen Beitrag leistet, den herkömmlichen Lehmdruck in ein zeitgemäßes und nachhaltiges Smart Manufacturing zu überführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen