Additive Fertigung von Leichtbeton-Wandelementen (3D-Druck)
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Projekt zur additiven Fertigung von multifunktionalen, monolithischen Wandelementen durch Extrusion von Leichtbeton (LC3D – Leichtbeton-3D-Druck) der Technischen Universität München.


Passgenaue Bauteile, optimierte Fahrzeugteile oder gewichtsreduzierte Flugzeugkomponenten – in vielen Industriezweigen werden 3D-Drucktechnoligen heute bereits vielseitig eingesetzt. Bei der additiven Fertigung oder besser bekannt als 3D-Druck, werden Bauteile durch das schichtweise Auftragen des Materials hergestellt. Die Technologie erlaubt es, die geometrische Form und den Aufbau der Bauteile frei zu gestalten. In der Architektur können Funktionen wie Wärmedämmung oder Lichtdurchlässigkeit bei Fassaden-Bauteilen direkt umgesetzt werden. Durch die effiziente Fertigung sinkt der Energie- und Materialverbrauch. Jedes Bauteil kann individuell gestaltet werden.

Forscher der Technischen Universität München haben in einem Projekt namens „LC3D“ (Leichtbeton-3D-Druck) die Möglichkeiten von additiven Verfahren mit optimierten Leichtbeton-Rezepturen erforscht. Die Dennert Poraver GmbH, Hersteller des mineralischen Leichtzuschlages Blähglasgranulat, ist ein wichtiger Industriepartner des Projektes und liefert Blähglasgranulat in verschiedenen Korngrößen als Rohstoff zur Herstellung und Optimierung des druckfähigen Leichtbetons. Ziel war es, eine Betonrezeptur mit geringer Rohdichte, guten Wärmedämmeigenschaften, ausreichender Druckfestigkeit und geeigneter Grünstandsfestigkeit.

Für die Verarbeitung des speziellen Leichtbetons haben die Forscherinnen und Forscher an der TUM eine Extrusionsanlage konzipiert und gebaut. Die Beton-Mischung wird durch eine Düse gepumpt und zu etwa 1 x 2,5 cm starken Strängen geformt. Die Spritzdüse wiederum ist auf einem Roboterarm montiert. Dadurch kann das Material punktgenau an die vom Computer berechneten Stellen gebracht und die gewünschte Form gebildet werden.

Eine besondere Herausforderung lag im notwendigen schnellen Abbinden des Betons, das maßgeblich die Stabilität und Qualität der gedruckten Elemente während der Produktion bestimmt. Zudem musste bei der Rezepturentwicklung auf die Pumpfähigkeit und das Fließverhalten geachtet werden. Poraver® Blähglas als Leichtzuschlag in der Betonrezeptur unterstützt diese Faktoren positiv. Dank der Mikroporenstruktur im Inneren des Poraver®-Korns können gezielt stabile und kleine Hohlräume eingebracht werden, wodurch sich die Wärmedämmung verbessert. Die geringe Rohdichte bewirkt zudem eine erhebliche Gewichtseinsparung im Mörtel. Dadurch sind filigrane Bauelemente und größere Überhänge möglich.

Die bisherigen Ergebnisse sind bereits vielversprechend und könnten in naher Zukunft die Verwendung des 3D-Betondrucks im Bausektor als innovative Herstellungstechnologie voranbringen. Der Abschlussbericht ist noch ausstehend und steht in Kürze zur Verfügung. Im nachfolgenden Video erhalten sie einen guten Eindruck von der Verarbeitung und vom Versuchsaufbau in den Räumen der TU München:

(Video: TUM)

Aus Strängen werden Wände - das Extrusionsverfahren im 3D-Betondruck


Die klassische Bauweise mit Beton erfolgt über den Betonguss. In eine vorgefertigte Verschalung wird der flüssige Beton eingegossen und darin ausgehärtet. Der Formgebung von Bauteilen sind mit diesem Verfahren jedoch enge Grenzen gesetzt.

Neben dem selektiven Binden ist das Extrusionsverfahren ein weitverbreitetes 3D-Druckverfahren. Die von den meisten Forschungsstellen entwickelte Extrusionstechnologie ist die sogenannte Mehrschichtextrusion, bei der das Material Schicht für Schicht über eine steuerbare Düse gelegt wird, um das Objekt zu erzeugen. Bekannte Mehrschichtextrusionverfahren sind Contour Crafting und Concrete Printing 

Contour Crafting ist ein Mehrschichtextrusionverfahren, das von Behrokh Khoshnevis an der University of Southern California erfunden wurde. Es handelt sich um ein auf einem Kran montiertes Druckgerät, welches vor Ort verwendet wird. Mittels der steuerbaren Düse wird ein Strang aus Zementmörtel in Schichten von circa 13 mm aufgebracht.

An der Technischen Universität Dresden wurde die CONPrint3D-Technologie entwickelt, mit der monolithische Querschnitte von mehreren Dezimetern in einem Arbeitsgang gedruckt werden können. Bei diesem Verfahren kann Beton mit üblichen Gesteinskörnungen von bis zu 16 mm Korngröße eingesetzt werden zur Herstellung massiver Betonstrukturen als Ersatz für den Mauerwerksbau.

Concrete Printing (3DCP) ist ebenfalls ein Mehrschichtextrusionsverfahren für Betonmörtel, welches an der Loughborough Universität erfunden wurde. Das Concrete Printing Verfahren bietet feinere Schichtstärken um die 4-6 mm. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle der erzeugten Geometrie. Die Technologie wird an verschiedenen Institutionen weiterentwickelt, beispielsweise an der TU Eindhoven

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Wenn Sie Fragen zum 3D-Betondruck oder zu Leichtbeton haben, kontaktieren Sie uns einfach. Wir unterstützen Sie gerne bei der Optimierung von Rezepturen und beraten zu den verschiedenen Poraver®-Körnungen.