Qualitätskontrolle von 3D-gedrucktem Beton im industriellen Maßstab durch Inline-Prozessüberwachung mit einer hohen Anzahl von Parametern für Systeme der nächsten Generation

• Antragsteller: Dr. Freek Bos
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573348712

3D-Betondruck (3DCP) hat sich als vielversprechendes neues Bauverfahren erwiesen. Es bietet das Potenzial, Materialverbrauch und Bauabfälle deutlich zu reduzieren, Gesundheitsgefahren zu verringern und gleichzeitig Produktivität, Automatisierung und geometrische Freiheit zu steigern. Aufgrund der prozessinhärenten Komplexität kommt es jedoch zu Qualitätsschwankungen beim 3DCP, die ein erhebliches Hindernis für die breite Akzeptanz der Technologie darstellen. Es wird vermutet, dass diese Qualitätsschwankungen neben der Materialzusammensetzung und den gerätebezogenen Parametern auch mit messbaren Prozessparametern wie Temperatur, Druck, Massenablagerungsrate, Filamentgeometrie usw. zusammenhängen. Aktuelle Studien stützen diese Annahme, sind jedoch zu begrenzt, um Prozessparameter umfassend mit der Qualitätskontrolle von 3D-gedrucktem Beton zu verknüpfen. Zudem werden sie in der Regel in kleinen, akademischen 3DCP-Anlagen und nicht in großen industriellen Anlagen durchgeführt. Ziel dieses vorgeschlagenen Projekts ist die Entwicklung, Implementierung und Evaluierung eines Inline-Multiparameter-Prozessüberwachungssystems für 3DCP zur Qualitätskontrolle im industriellen Umfeld. Dieses System soll eine robuste Qualitätskontrolle ermöglichen, indem es in Echtzeit gemessene Prozessparameter mit Prozessstabilität, rheologischen und Frischzustandseigenschaften, geometrischer Genauigkeit und mechanischer Leistung korreliert. Aufbauend auf einem innovativen experimentellen Überwachungssystem, das zuvor an der TU München (TUM) entwickelt wurde, ermöglicht das System Echtzeitanpassungen von Prozessparametern. Es wird in die Anlagen eines führenden deutschen Industriepartners integriert, der auf 3DCP spezialisiert ist und derzeit auf ein System der nächsten Generation umrüstet, das generische, lokal bezogene Betonmischungen verarbeiten kann. Erreicht wird dies durch (i) die Installation eines umfassenden Prozessüberwachungssystems beim Industriepartner, (ii) die Entwicklung einer Datenmapping-Methode zur Verknüpfung gemessener Merkmale mit bestimmten Positionen im Druckobjekt und (iii) die Festlegung quantitativer Kriterien für fünf Qualitäts-KPIs (Key Performance Indicators). Anschließend werden Daten aus verschiedenen Drucksitzungen an den akademischen Einrichtungen (TUM) und den Industrieanlagen sowie aus Offline-Experimenten gesammelt (iv). Diese werden mit expliziten statistischen Methoden sowie KI auf Korrelationen analysiert (v). Auf Grundlage der Ergebnisse werden Akzeptanzkriterien (akzeptable Schwellenwerte) für die Prozessparameter festgelegt (vi) und eine Benutzerebene entwickelt (vii), die dem Betriebspersonal eine leicht zugängliche Interpretation der überwachten Daten während des Druckens ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: INSTATIQ GmbH