3D-Druckbeton: Die alternative Verfahrenstechnik

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Beton als Druckmaterial, war bisher immer recht schwierig für 3D-Drucker. Grund: Das Material neigte dazu die Maschine zu verunreinigen und damit teilweise irreparabel zu beschädigen. Allerdings nun wurde für das Problem eine Lösung gefunden.

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„Das US Army Corps of Engineers (USACE), eine Bundesbehörde des Verteidigungsministeriums, hat eine Betonzusammensetzung entwickelt und patentiert, die den 3D-Druck von Bauteilen mit hohen Festigkeitsanforderungen ermöglicht. Mit dieser Zusammensetzung kann die USACE den Bau von Gebäuden für eine größere Vielfalt von militärischen und zivilen Operationen beschleunigen. Der 3D-Druck von Zement ist Gegenstand mehrerer akademischer und kommerzieller Projekte geworden. Forschungen der Technischen Universität München (TUM) untersuchten den Wert verschiedener Methoden des 3D-Druckens von Zement, während 3D-Konstruktionsprojekte von APIS COR und IAAC das Potenzial aufzeigen. Bei der Entwicklung der Betonzusammensetzung kam die USACE-Forschung zu dem Schluss, dass zementbasierte Materialien weniger dazu neigen, Maschinen zu verstopfen, während Beton aufgrund der Mischung aus Beton und Zuschlagstoffen – d.h. Sand, Kies, Schotter usw. – eine höhere Tendenz zum Verstopfen von Maschinen hat. Um die Grenzen des 3D-Druckens von Beton zu überwinden, hat USACE eine Betonzusammensetzung aus einer festen Mischung, einer flüssigen Beimischung und Wasser geschaffen. Die feste Mischung, die aus Sand, Ton, Flugasche (feine Kohlepartikel), Silikastaub (ein Nebenprodukt von Silicium-Metall-Legierungen) und einem Bindemittel besteht, sorgt für eine erhöhte Fließfähigkeit und eine verkürzte Abbindezeit der bedruckbaren Betonzusammensetzung. Zusätzlich enthält die flüssige Beimischung, ein Zusammenschluss von Flüssigkeiten, die dem Beton während des Mischens in kleinen Dosen zugesetzt werden, Eigenschaften, die den Fluss und das Pumpen der druckbaren Betonzusammensetzung bei hohen Drücken verbessern. Dazu gehören ein Weichmacher, Additive, die die Plastizität erhöhen oder das Material vermindern, und chemische Zusätze, die die Rissbildung und Schrumpfung der Zusammensetzung beim Trocknen reduzieren. Als Ergebnis dieser neuen Betonzusammensetzung können Militäringenieure Strukturen drucken, die keine Verbundmodifikation benötigen; außerdem kann dieser Verbundwerkstoff zwischen den Gewebelagen verwendet werden, um eine gedruckte Struktur weiter zu verstärken oder zu stabilisieren und letztendlich die Integrität eines Gebäudes zu verstärken. Die US-Streitkräfte haben den zunehmenden Einsatz der additiven Fertigung im Bauwesen erkannt. Im vergangenen Jahr hat das Construction Engineering Research Laboratory (CERL) in Champaign, Illinois, erfolgreich seine erste gedruckte 3D-Kaserne gebaut. Typischerweise aus Sperrholz gefertigt, demonstriert die semi-permanente Zement Hütte das Potenzial für 3D bedruckte Zementabsperrungen, Durchlässe und Hindernisse, die Soldaten aufnehmen, den militärischen Transport verbessern und die Ausbildungsmöglichkeiten erhöhen können.

  „ACES bietet die Möglichkeit, maßgeschneiderte Expeditionsstrukturen bei Bedarf vor Ort mit lokal verfügbaren Materialien zu drucken“, sagt Dr. Michael Case, Leiter des Projekts Automated Construction of Expeditionary Structures (ACES) des CERL.“

 

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