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Über dieses Buch

Beton-3D-Druckverfahren werden es zukünftig ermöglichen, Bauprozesse planbarer, produktiver und nachhaltiger zu realisieren. Durch die höchst anspruchsvollen Randbedingungen auf Baustellen und die im Bauwesen typische Unikatbauweise unterliegen Beton-3D-Druckverfahren besonderen Herausforderungen. Die innovativen Technologien stehen darüber hinaus im wirtschaftlichen Wettbewerb zu konventionellen Bauverfahren. Um die Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit von Beton-3D-Druckverfahren zu gewährleisten, sind die 3D-Druckstrategie und maßgebende Prozessparameter unter baubetrieblichem Fokus zu optimieren. Dieses Buch beinhaltet eine wissenschaftliche Untersuchung zur baubetrieblichen Optimierung des vollwandigen Beton-3D-Drucks. Speziell werden drei Schwerpunkte genauer untersucht. Im ersten Schwerpunkt werden die verfahrensspezifischen Randbedingungen fokussiert. Schwerpunkt zwei behandelt die wirtschaftliche Optimierung des Druckpfads unter Anwendung von Methoden des Operations Research. Im Schwerpunkt drei wird eine umfassende zeitliche Simulationsstudie am Beispiel eines Einfamilienhauses durchgeführt. Das Buch liefert Erkenntnisse zur Druckzeitoptimierung und der Relation maßgebender Prozessparameter.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung
Bei den additiven Fertigungsverfahren, im allgemeinen Sprachgebrauch als 3D-Druckverfahren bezeichnet, wird der Werkstoff zur Herstellung eines Bauteils schichtenweise hinzugefügt. Der Prozess ist geprägt von einem hohen Automatisierungsgrad und wird oft mit einem natürlichen Wachstumsprozess verglichen. Mit diesem Schichtbauprinzip können geometrisch hochkomplexe Strukturen erschaffen werden, die mit üblichen Herstellungsverfahren nicht oder nur unter dem Einsatz hoher Kosten realisierbar sind.
Martin Krause

Kapitel 2. Grundlagen der additiven Fertigung

Zusammenfassung
Die Begriffsvielfalt im Bereich der additiven Fertigungsverfahren ist sehr ausgeprägt. Die steigende Anzahl neu entwickelter Herstellungsverfahren trägt dazu bei, dass die Begriffslandschaft stetig erweitert wird. Im allgemeinen Sprachgebrauch setzt sich zunehmend der Begriff „3D-Druck“ (im Englischen: „3D Printing“) als Oberbegriff der zahlreichen Fertigungsverfahren durch und ersetzt damit sukzessive andere Benennungen.
Martin Krause

Kapitel 3. Additive Fertigungsverfahren im Bauwesen

Zusammenfassung
Aktuell gibt es verschiedenste Ansätze, additive Technologien für die Anwendung im Bauwesen zu entwickeln. In der Literatur wird häufig die Bezeichnung „digitales Bauen“ oder „Digital Fabrication“ im Zusammenhang mit der additiven Fertigung verwendet. Diese Bezeichnung ist weitreichender und schließt einige Entwicklungen, die sich im Zuge der Digitalisierung und Automatisierung im Bauwesen ergeben, mit ein.
Martin Krause

Kapitel 4. Digitale Prozesskette beim Beton-3D-Druck

Zusammenfassung
Im kleinformatigen 3D-Druck hat sich bereits eine durchgängige digitale Prozesskette zur Datenaufbereitung entwickelt und etabliert. In Abschnitt 2.4.2 wurde bereits ausführlich auf die weitgehend verfahrensunabhängige digitale Prozesskette bei den additiven Fertigungsverfahren eingegangen. Demnach ist es möglich, auf Basis identischer Datengrundlagen, z. B. CAD- oder STEP-Dateien, 3D-Objekte mittels unterschiedlichster Fertigungsverfahren in Verbindung mit verschiedenen Materialien und Bauteilabmessungen zu erzeugen.
Martin Krause

Kapitel 5. Verfahrensspezifische Randbedingungen und geeignete Lösungsstrategien für den vollwandigen Beton-3D-Druck

Zusammenfassung
Für 1) wurden bereits mögliche Modifizierungen der aktuell bestehenden digitalen Prozesskette aufgezeigt. Um 2) zu realisieren, werden im Rahmen dieser Arbeit optimierte 3D-Druckstrategien entwickelt.
Martin Krause

Kapitel 6. Druckpfadoptimierung nach Methoden des Operations Research

Zusammenfassung
Operations Research (OR) befasst sich mit der Entwicklung und dem Einsatz mathematischer Modelle und Methoden zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen. OR wird interdisziplinär in den Wissenschaftsbereichen Angewandte Mathematik, Wirtschaftswissenschaften und Informatik angewendet. Die Druckpfadoptimierung zur Erzeugung der Wände in einem Grundriss kann den OR-Teildisziplinen der netzwerkorientierten und kombinatorischen Optimierung zugeordnet werden.
Martin Krause

Kapitel 7. Simulationsstudie zur Analyse druckzeitbeeinflussender Prozessparameter

Zusammenfassung
Beton-3D-Druckverfahren werden erhebliche wirtschaftliche Einsparpotenziale gegenüber etablierten Bauverfahren bescheinigt. Die Automatisierung hat einerseits zur Folge, dass die Lohnkosten stark vermindert werden. Andererseits erhöhen sich die Gerätekosten durch zusätzliche Investitionen in die Baumaschine.
Martin Krause

Kapitel 8. Schlussbetrachtung

Zusammenfassung
3D-Druckverfahren haben sich in baufremden Industriezweigen, wie der Medizin- oder Luftfahrttechnik, bereits erfolgreich am Markt etablieren können. Sie unterliegen einem hohen Entwicklungstempo und weisen Merkmale auf, die sie stark von anderen Herstellungsverfahren unterscheidet.
Martin Krause

Backmatter

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