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20.12.2017

Beton aus dem 3D-Drucker

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Rohr mit Doppelverstrebung, hergestellt durch selektives Binden (Paste Intrusion). Abb.: K. Henke / TUM
Traditionell werden Bauteile aus Beton gegossen. Die dafür notwenige Verschalung begrenzt jedoch die Gestaltungsmöglichkeiten. Neue Freiheiten in der Formgebung ermöglicht der 3D-Druck. Forscherinnen und Forscher an der Technischen Universität München (TUM) experimentieren mit verschiedenen Verfahren, unter anderem dem sogenannten selektiven Binden. Mit dieser Technik ist es jetzt erstmals gelungen, filigrane, bionische Strukturen aus echtem Beton zu drucken.
Am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion der TUM wurde jetzt ein Prototyp eines gefertigten Bauteiles mit 3D-Druck hergestellt. Es handelt sich um eine 20 Zentimeter hohe, dünnwandige Betonröhre, in deren Innerem sich filigrane Verstrebungen befinden, die das Gebilde stabilisieren. Das bionische Bauteil ist äußerst belastbar. Materialuntersuchungen haben gezeigt, dass die Röhre Kräften von 50 Newton pro Quadratmillimeter standhält. Damit ist das gedruckte Material genauso stabil wie herkömmlicher, gegossener Beton.

Mit klassischem Betonguss, bei dem die Mischung aus Sand, Zement und Wasser in einer Schalung aushärten muss, wäre die Röhre mit ihren dünnen Verstrebungen kaum herstellbar. Die Forscher haben für die Fertigung ein noch neues additives Verfahren eingesetzt: das selektive Binden. Dünne Sandschichten werden Lage für Lage genau an den Punkten, an denen die massive Struktur entstehen soll, mit einem Gemisch aus Zement und Wasser getränkt. Nach dem Abbinden aller Schichten lässt sich der überschüssige Sand entfernen, übrig bleibt die gewünschte Betonstruktur. Theoretisch ganz einfach, doch die Schwierigkeiten liegen im Detail. Die TUM-Forscher mussten zunächst eine Anlage für das selektive Binden bauen. Der überdimensionale Drucker füllt einen ganzen Laborraum im Keller des Lehrstuhls.
Über eine automatische Streuvorrichtung wird Sand aufgebracht. Ein dreidimensionales Schienensystem sorgt dafür, dass der Druckkopf jeden beliebigen Punkt im Raum ansteuern und eine Düse die gewünschten Stellen befeuchten kann.
Drei Jahre lang haben die Forscherinnen und Forscher an dem Verfahren gearbeitet. Der Erfolg hängt unter anderem ab von der Dicke der Schichten, der Korngröße des Sandes, der Geschwindigkeit, mit der sich der Druckkopf bewegt und der Auswahl der Düsen. Zusammen mit dem TUM Centrum Baustoffe und Materialprüfung haben die Ingenieurinnen und Ingenieure die verschiedenen Parameter optimiert.

Derzeit entwickelt das Team mit Partnern aus der Industrie einen 3D-Drucker, dessen Druckkopf mit mehreren tausend Düsen ausgestattet sein soll. Mit dem Gerät können dann erstmals Bauteile von etwa zehn Kubikmetern gefertigt werden.

www.tum.de



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