Bild des Monats: Wenn Fasern die Betonwand stützen Bewehrung für den 3D-Druck aus dem Sonderforschungsbereich „Additive Manufacturing in Construction“

Beton kann Druckkräfte aufnehmen, bei Biegemomenten und Zugkräften aber kann das Material reißen. Um das zu verhindern, wird zum Beispiel bei einer Bodenplatte beim Hausbau eine Bewehrung oder auch Armierung eingesetzt, oft aus Stahl in Form von Matten oder Körben. Auch beim 3D-Druck mit zementhaltigen Materialien ist eine Bewehrung nötig, um tragfähige Strukturen herzustellen. Eine der größten Herausforderungen in der additiven Fertigung, denn das gute alte „Moniereisen“, wie der Bewehrungsstahl auch genannt wird, kommt hier nicht zum Einsatz. Vielmehr werden Stahlstrukturen eingedruckt oder im Betonstrang filigrane Metallstränge mitgeführt. An der TU Braunschweig entwickeln Wissenschaftler*innen im Sonderforschungsbereich „Additive Manufacturing in Construction“ außerdem textilbasierte Verstärkungsstrategien.

Individualisierte Faserverbundbewehrung wird in 3D-gedruckten Betonbauteilen integriert. Bildnachweis: Stefan Gantner/TU Braunschweig

Im AMC-Projekt A05 unter der Leitung von Professor Norman Hack vom Institut für Tragwerksentwurf (ITE) und Professor Christian Hühne vom Institut für Mechanik und Adaptronik untersuchen die Wissenschaftler Stefan Gantner und Tom Rothe die Integration von individualisierter Faserverbundbewehrung in 3D-gedruckten Betonbauteilen. Die Vorteile einer textilbasierten Verstärkung: Durch die Korrosionsbeständigkeit kann die Höhe der Betonüberdeckung reduziert und somit der CO₂-Fußabdruck deutlich verbessert werden. Zudem ist das Material flexibel und deshalb besonders geeignet, um individualisierte Strukturen herzustellen.

Wie im „Bild des Monats“ zu sehen, entsteht im Digital Building Fabrication Laboratory (DBFL) des ITE aus Fasersträngen die Faserverbundbewehrung, die mittels des roboterbasierten Endeffektors, sozusagen die Hand des Roboters, lastpfadgerecht in die additiven Beton-Fertigungsprozesse integriert wird. Dafür werden die Verfahren von Core Winding, bei dem Bewehrungsfasern gewickelt auf dem Betonkern fixiert werden, und Shotcrete 3D-Printing (3D-Druck mit Spritzbeton) miteinander kombiniert. Ziel des Projektes ist es, individuelle Betonstrukturen mit Faserverbundbewehrung durch 3D-Druck direkt vor Ort auf der Baustelle zu erstellen.

Im Digital Building Fabrication Laboratory (DBFL) des ITE entsteht aus Fasersträngen die Faserverbundbewehrung, die in die additiven Beton-Fertigungsprozesse integriert wird. Bildnachweis: Stefan Gantner/TU Braunschweig

Additive Fertigung im Bauwesen

Der Sonderforschungsbereich Transregio 277 Additive Manufacturing in Construction (AMC) hat das Ziel, die Digitalisierung des Bauwesens wesentlich mitzugestalten. Innerhalb der Ebenen Werkstoffe und Prozesse, Computergestützte Modellierung und Steuerung und Planung und Konstruktion erforscht der AMC das ressourcen- und energieeffiziente sowie nachhaltige, recyclebare und digitale Bauen. Durch innovative 3D-Druckverfahren werden Materialien, Prozesse und optimiertes Design völlig neu gedacht.

Weitere Informationen: https://amc-trr277.de/