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3D-DRUCK FÜR ARCHITEKTUR

KOMPLEXE SCHALUNG FÜR “INTELLIGENTE” BETONDECKE

Enorme Einsparungungspotentiale im Betonbau!

Der 3D-Druck im Powder-Binder-Jetting Verfahren spart Zeit, Material und Kosten. Der Einsatz der 3D-gedruckten Schalungen wird den Betonbau in unterschiedlichsten Anwendungen (Schalungen, Schalungshäute, Fassaden, etc.) somit auf lange Sicht revolutionieren und Unternehmen, den entscheidenden Marktvorteil bringen.

3D-Schalungsdrucks überzeugt

Unser WESTCAM-Partner voxeljet AG konnte einmal mehr belegen, wie sehr sich der 3D-Druck speziell für die Erstellung hochkomplexer Schalungen eignet. Für das Projekt DFAB-House (Digital fabriziertes Haus), einem Forschungsprojekt der ETH Zürich wurden 136 Schalungselemente im Powder-Binder-Jetting Verfahren erstellt. Gedruckt wurde im Schichtbauverfahren, bei dem Sand mit einer durchschnittlichen Korngröße von 140 Mikrometer mit einem organischen Binder (Furanharz) durch Polymerisation, selektiv verklebt wird.

Über 60 % an Beton eingespart!

Ziel des Projektes war es, nachzuweisen, wie durch den 3D-Druck, auf Grundlage von optimierten CAD-Daten, Material eingespart werden kann. Bei Decken besteht im Vergleich zu Stützen ein viel höheren Betonbedarf – so können bis zu 80% des Gesamtgewichtes eines Gebäudes durch Decken verursacht werden. Entsprechend groß ist das Einsparungspotenzial. Das Ziel wurde erreicht: Bei dem DFAB-House ist die Decke an jedem Punkt nur so stark, wie es statisch nötig ist. So konnten über 60 % an Beton gegenüber herkömmlichen Konstruktionen eingespart werden. Der 3D-Druck im Powder-Binder-Jetting Verfahren, war für diese hochkomplexen und dreidimensional gebogenen Betonelemente im DFAB-House die optimale Lösung. „Smart Slab“ soll der Bauindustrie helfen in Zukunft materialsparender und kompakter zu bauen, da hierin bereits weitere Funktionen wie z.B. Lampenfassungen, Bohrungen oder Öffnungen für Sprinkleranlagen integriert werden. Die Hohlräume und Freiflächen der Deckenstruktur bieten darüber hinaus Platz für weitere Leitungen und Rohre.

Der weltweit größte 3D-Drucker für Sandformen

Mit der VX4000 von voxeljet– dem weltweit größten 3D-Drucksysstem für Sandformen – lassen sich Schalungselemente von 4 x 2 x 1 m drucken, die –entsprechend nachbearbeitet– jeweils einem Betondruck von 100 kN/m² standhalten.

Die 136 von voxeljet gedruckten Elemente haben insgesamt ein Volumen von mehr als 6.000 Liter. Das größte Element umfasste ca. 70 Liter. Die 3D-gedruckten Teilelemente wurden bei voxeljet vorgefertigt und anschließend von der ETH Zürich an der Schalungsfläche mit Polyesterharz infiltriert, mit einem Trennmittel beschichtet und zu Schalungen für die sieben Meter langen Deckenelemente zusammengefügt. Vor dem eigentlichen Betonguss, wurde ein faserverstärkter Spritzbeton dünnwandig aufgetragen. Zu guter Letzt wurde eine lasergeschnittene Holzschalung für die Verstrebungen aufgesetzt und der Beton gegossen. So konnten die Fertigteile nach dem Ausschalen auf direkt auf die Baustelle transportiert und dort montiert werden.

So funktioniert Powder-Binding-Jetting

Powder-Binder-Jetting ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Partikelmaterial, wie zum Beispiel Sand oder Kunststoff, von voxeljet-Drucksystemen mit dem sogenannten Recoater in 150 – 300 Mikrometer feinen Schichten auf einer Bauplattform aufgebracht werden. Anschließend trägt ein Hochleistungs-Druckkopf einen Binder überall dort auf, wo später das gewünschte Bauteil entstehen soll. Dadurch wird das Pulvermaterial selektiv miteinander verklebt. Dann wird die Bauplattform um eine Schichtstärke abgesenkt und wiederum Pulver und Binder aufgebracht. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis das gewünschte Bauteil fertiggestellt ist. Einzige Voraussetzung für den 3D-Druck: Es müssen druckbare 3D-Daten vorhanden sein. Hinterher lassen sich 3D-gedruckte Schalungen ähnlich wie konventionelle Betonschalungen nutzen.

WEBINAR: 3D-Printing meets Architecture

Dank der additiven Fertigung ist die Herstellung von individuellen und komplexen Strukturen in der Bauindustrie nicht mehr eingeschränkt. Aber nicht nur das: Der 3D-Druck kann die Effizienz und Flexibilität von Bauprozessen in Bezug auf Produktivität, Qualität, Reproduzierbarkeit und Nachhaltigkeit erheblich verbessern. Bereits heute existieren zahlreiche Projekte, die diesen innovativen Ansatz bestätigen.

Webinar-Aufzeichnung: 23. Juli 2020, 14:00 – 16:00 Uhr:

VORTRAGSPROGRAMM WEBINAR – 23. Juli 2020

Vorträge über die Fortschritte in der Forschung zu digitalen Bautechnologien, die Digitalisierung in der Schalungstechnik und den Einsatz von Additive Manufacturing im Fassadenbau. Zusammen mit Gastrednern von der ETH Zürich, der Doka GmbH, der seele GmbH und dem Architektenteam Jonathan Banz und Nikolai von Rosen werden diese Projekte im Architekt-Webinar vorgestellt.

Dürfen wir auch Ihnen helfen komplexe Formen effizient herzustellen?

Wir sind jederzeit gerne für Sie da!

Ihr

Portrait von Harald Spiegel

(Bildnachweis: ETH Zürich | Tom Mundy)

PS: Auch komplexe Beton-Treppen lassen sich mit 3D-Schalungsdruck kostengünstig herstellen. Lesen Sie dazu unseren Fach-Artikel “Die Beton-Treppe aus dem 3D-Drucker”

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