Leichtbau Leichte Beton-Brücken aus dem 3D-Drucker

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Es ist das am häufigsten verwendete Material: Beton. Seine Herstellung ist aber für acht Prozent des weltweiten Kohlendioxid-Ausstoßes verantwortlich. Um diesen zu senken, forschen Wissenschaftler daran, wie der Materialverbrauch reduziert werden kann und erzeugen filigrane Leichtbaustrukturen aus Beton.

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So könnten Brücken aus Beton in Zukunft aussehen: Entwurf einer auf dem Prinzip der Injection-3D-Concrete-Printing Technologie basierenden Brücke (in Zusammenarbeit mit Pieluigi D’Acunto und Ole Ohlbrock).
So könnten Brücken aus Beton in Zukunft aussehen: Entwurf einer auf dem Prinzip der Injection-3D-Concrete-Printing Technologie basierenden Brücke (in Zusammenarbeit mit Pieluigi D’Acunto und Ole Ohlbrock).
(Bild: ITE/TU Braunschweig)

Laut der Internationalen Energieagentur IEA ist der Bau- und Gebäudesektor für rund 40 Prozent des weltweiten Treibhausgasausstoßes verantwortlich. Allein die Betonproduktion verursacht mehr Kohlendioxid-Emissionen als der gesamte Verkehr – also Luftfahrt, Schiff und Auto – zusammen. Angesichts dieser erheblichen Umweltbelastungen durch das Bauwesen wird dringend nach Lösungen gesucht, um Materialbedarf, Energieverbrauch und Abfallmengen zu reduzieren.

In der additiven Fertigung, auch 3D-Druck genannt, sehen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Braunschweig ein enormes Potenzial:

  • Mit Hilfe digitaler Prozesse kann das Material effizienter eingesetzt und deutlich weniger davon verbraucht werden.
  • Beton wird nur dort im Bauteil abgelegt, wo es auch tatsächlich benötigt wird.
  • 50 bis 70 Prozent Material kann so eingespart werden.
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Filigrane Leichtbaustrukturen aus Beton

Bislang wird üblicherweise horizontal Schicht für Schicht gedruckt, um beispielsweise eine Hauswand zu errichten – im Projekt „Beyond 3D Printing – A novel spatial printing technology for lightweight spaceframe concrete structures“ entwickeln Forschende um Professor Dirk Lowke, Professor Harald Kloft und Professor Norman Hack jetzt ein neues 3D-Injektionsdruck-Verfahren, mit dem leichte räumliche Strukturen herstellbar sind.

Hierbei injizieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Betonstrang in ein Trägermedium und bilden dort eine filigrane räumliche Struktur. „Im Versuch ist die Trägerflüssigkeit ein durchsichtiges Gel. Für den großtechnischen Anwendungsprozess wollen wir dieses durch eine mineralische Suspension ersetzen, die günstiger, ökologisch unschädlich und in großem Maßstab recycelbar ist“, erklärt Professor Lowke. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren: Die Trägerflüssigkeit muss perfekt auf den Beton und den robotisch gesteuerten Prozess abgestimmt sein, um das Material in der gewünschten Position zu halten.

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Brücken und Dachtragwerke aus dem 3D-Drucker

Wird die Gesteinsmehlsuspension, die wie eine Schlammpackung aussieht, abgelassen, bleibt die gitterähnliche Struktur zurück. Aber wo soll diese zum Einsatz kommen? „Die Betonbauteile eignen sich zum Beispiel für Brücken oder Dachtragwerke“, so der Wissenschaftler. Diese sollen in der Fabrik gefertigt und vor Ort zusammengesetzt werden. „Neben dem CO2-Einsparpotenzial können wir mit unserem Verfahren auch neue Möglichkeiten in der Architektur schaffen, nämlich komplexe Geometrien ohne räumliche Einschränkungen.“

Mit ihrem Projekt schauen die Braunschweiger Expertinnen und Experten aus Bauingenieurwesen und Architektur deutlich in die Zukunft: Mit mindestens zehn Jahren rechnet Professor Lowke, bis die bereits patentierte 3D-Druck-Technik großtechnisch eingesetzt werden kann.

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