Skip to main content
main-content

07.12.2017 | Bauingenieurwesen | Im Fokus | Onlineartikel

Additives Verfahren "selektives Binden"

Autor:
Christoph Berger

​​​​​​​Die Vorteile des 3D-Drucks sind Passgenauigkeit, Gewichtsoptimierung, Formenvielfalt und hohe Wirtschaftlichkeit. Um dies zu erzielen, setzen Forscher der TUM auf "selektives Binden", ein noch neues additives Verfahren.

"Die Verfahren der Additiven Fertigung haben in den letzten Jahren wegen ihres großen Zukunftspotenzials enorme Aufmerksamkeit gefunden. Unter dem Begriff Additive Fertigung fasst man die unterschiedlichsten Methoden zusammen. Allen gemein ist die Tatsache, dass ein Werkstück frei im Raum schichtenweise aufgebaut wird", schreiben Bernhard Ilschner und Robert F. Singer im Kapitel "Herstellungs- und verarbeitungstechnische Verfahren" des Springer-Fachbuchs "Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik".

Empfehlung der Redaktion

2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

Herstellungs- und verarbeitungstechnische Verfahren

In diesem Kapitel, dem längsten des ganzen Buches, geht es einerseits um die Erzeugung der Werkstoffe. Die Stahlherstellung im Hochofen wird besprochen, genauso wie die Schmelzflusselektrolyse von Aluminium oder die Herstellung keramischer …


Eine Verfahrensvariante davon ist das selektive Binden. Mit dem Verfahren entstand am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion der Technischen Universität München (TUM) beispielsweise eine 20 Zentimeter hohe, dünnwandige Betonröhre, in deren Innerem sich filigrane Verstrebungen befinden, die das Gebilde stabilisieren. Dafür wurden dünne Sandschichten Lage für Lage genau an den Punkten, an denen die massive Struktur entstehen sollte, mit einem Gemisch aus Zement und Wasser getränkt. Nach dem Abbinden aller Schichten ließ sich der überschüssige Sand entfernen und übrig blieb die gewünschte Betonstruktur.

Erfolg hängt an vielerlei Faktoren

Bei der handelt es sich um ein bionisches Bauteil, für dessen Entwurf sich die Forscher Vogelknochen zum Vorbild nahmen, die tatsächlich äußerst belastbar sind. Materialuntersuchungen hätten laut den Wissenschaftlern gezeigt, dass die Röhre Kräften von 50 Newton pro Quadratmillimeter standhält und damit genauso stabil wie herkömmlicher, gegossener Beton ist. Doch mit klassischem Betonguss hätte sich die Form wohl nicht herstellen lassen.

Doch bevor das Bauteil tatsächlich im 3D-Druckverfahren hergestellt werden konnte, mussten die Forscher der TUM zunächst eine Anlage für das selektive Binden bauen, innerhalb derer über eine automatische Streuvorrichtung der Sand aufgebracht werden konnte. Ein dreidimensionales Schienensystem sorgt dafür, dass der Druckkopf jeden beliebigen Punkt im Raum ansteuern und eine Düse die gewünschten Stellen befeuchten kann. Während der Arbeiten stellten die Forscher fest, dass der Erfolg des Verfahrens auch von der Dicke der Schichten, der Korngröße des Sandes, der Geschwindigkeit, mit der sich der Druckkopf bewegt und der Auswahl der Düsen abhängt.

Forschungen mit dem Extrusions-Verfahren

Derzeit entwickelt das Forscher-Team mit zusammen mit Industrie-Partnern einen 3D-Drucker, dessen Druckkopf mit mehreren tausend Düsen ausgestattet sein soll. Mit dem Gerät könnten dann erstmals Bauteile von etwa zehn Kubikmetern gefertigt werden, heißt es – ausreichend, um freigeformte, geschosshohe Bauteile fertigen zu können. Die ersten Probeläufe dazu sollen 2018 starten.

Neben dem selektiven Binden arbeitet das Team noch an weiteren Verfahren der additiven Fertigung, beispielsweise einem, mit dem sich schon fertig gemischter Beton verarbeiten lässt: das Extrusions-Verfahren. Dabei liegt der Vorteil in der hohen Baugeschwindigkeit. "Durch die Wahl der Materialkomponenten und durch die Ausbildung von inneren Hohlraumstrukturen lassen sich multifunktionale Bauteile herstellen", erklärt Dr. Klaudius Henke vom Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion an der TUM. Die Zugabe von Holzspänen, die viel Luft enthalte, sorge zudem beispielsweise für eine integrierte Wärmedämmung, die ein Gebäude im Winter vor dem Auskühlen schütze und im Sommer ein Aufheizen verhindere.

Bei einer Extrusions-Anlage wird eine Mischung aus Zement, Holz und Wasser durch eine Düse gepumpt – auf diese Weise wird der Beton zu etwa zwei Zentimeter dicken Strängen geformt. Die Düse ist an einem Roboterarm befestigt, der, gesteuert durch einen Computer, die Stränge genauso aufeinanderlegt, dass sich die gewünschte Struktur bildet.

Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2013 | OriginalPaper | Buchkapitel

Bau, Architektur und Bionik

Quelle:
Bau-Bionik

2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

3D-Druck

Quelle:
50 Schlüsselideen Chemie

2010 | OriginalPaper | Buchkapitel

Wärmedämmung und Wärmedämmtechniken

Quelle:
Malerfachkunde

Das könnte Sie auch interessieren

24.08.2017 | Fassade | Im Fokus | Onlineartikel

Eine Gebäudehülle aus dem 3D-Drucker

10.02.2017 | Brückenbau | Im Fokus | Onlineartikel

Fußgängerbrücke aus dem 3D-Drucker

18.04.2016 | Baubetrieb | Im Fokus | Onlineartikel

3D-Druck von Beton direkt auf der Baustelle

BranchenIndex Online

Die B2B-Firmensuche für Industrie und Wirtschaft: Kostenfrei in Firmenprofilen nach Lieferanten, Herstellern, Dienstleistern und Händlern recherchieren.

Bildnachweise