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GEBÄUDE MIT 3D-DRUCK

Wie bei der Roboterkonstruktion haben 3D-gedruckte Gebäude eine beträchtliche Menge an Berichterstattung in der Presse erhalten. Ist diese Technologie erwachsen geworden? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.

3D-DRUCK IM GEBÄUDEBAU
Beginnen wir mit dem Studium einiger Beispiele für 3D-gedruckte Gebäude. Ab Mitte 2017 ist das chinesische Unternehmen Winsun der Marktführer in diesem Bereich (gemessen an der Anzahl der gebauten Gebäude). Winsuns Gründer, Erfinder Yihe Ma, hat eine Technologie entwickelt, die auf einem großen 3D-Drucker basiert, der laut eigenen Angaben 10 m breit und 6,6 m hoch ist und sehr lange Bauteile herstellen kann, da ein Förderband als 3. Achse verwendet werden kann. Die Technologie ähnelt der Pastenextrusionstechnologie von Desktop-3D-Druckern für Endverbraucher.

Die Maschine besteht aus einem Kopf, der sich in drei Dimensionen bewegt und ein pastenähnliches Material extrudiert (z. B. durch kontinuierliches Auspressen einer Zahnpastatube, um eine Linie auf der Arbeitsplatte Ihres Badezimmers zu bilden). Die Extrusion erfolgt in horizontalen Schichten übereinander. Die Paste härtet dann innerhalb weniger Stunden zu einer starren Struktur aus. Wenn Sie alle Ebenen addieren, können Sie ein Objekt mit einer beliebigen Form erstellen.

Um eine Form zu erstellen, beginnt die Maschine mit der Datendatei, die die 3D-Geometrie des Teils beschreibt, meist im STL-Format. Die Software “schneidet” dann die Form in eine große Anzahl horizontaler Schichten. Die Maschine erstellt dann das Teil, beginnend mit der untersten Schicht, und fügt nacheinander Schichten übereinander hinzu, bis die Oberseite des Teils erreicht ist. Die meisten 3D-Drucker arbeiten auf diese Weise.

Bei Winsun scheint es sich bei dem verwendeten Material um eine Paste aus Zement, Sand und Fasern (für die Zugfestigkeit) zu handeln, die mit Wasser und chemischen Zusätzen vermischt ist, um die richtige Mischung aus Fließfähigkeit und schnellen Abbindeeigenschaften zu erzielen. Winsun gibt keine detaillierten Bilder der Maschine weiter. Daher ist es wahrscheinlich, dass diese Mischung in herkömmlichen Betonmischern hergestellt und dann über ein flexibles Rohr in die Maschine gepumpt wird. Sie behaupten auch, Industrieabfälle in der Mischung zu verwenden. Die Mischung muss schnell abbinden, als ob sie noch feucht und flüssig wäre, wenn die oberen Schichten hinzugefügt werden. Die unteren Schichten werden unter ihrem Gewicht zusammengedrückt und deformiert. Dieses Material wird in der Presse manchmal als “Druckfarbe” bezeichnet, wir bevorzugen jedoch den Begriff “Baumaterial”.

Die Wände sind etwa 25 cm dick und bestehen aus einer inneren und einer äußeren Materialschicht, die durch zickzackförmige Materialebenen verbunden sind. Dies ist eine sehr clevere Technik, die sich hervorragend für den 3D-Druck eignet. Auf diese Weise funktioniert Winsun in der Lage, Wände in jeder Form zu bauen.
Ein wesentlicher Aspekt der Methode ist, dass der 3D-Druck in einer Fabrik und nicht vor Ort erfolgt. Dies unterscheidet Winsuns Ansatz von anderen Organisationen. Es ähnelt der Methode des Betonfertigteilbaus, bei der werkseitig gefertigte Bauteile zur Baustelle transportiert, mit Kränen an Ort und Stelle gehoben und dann miteinander verbunden werden.
Wir haben diese Analyse durchgeführt, da jeder Presseartikel über das Projekt davon ausgeht, dass das gesamte Gebäude in jeder Hinsicht 3D-gedruckt wurde.

Dies sagt uns, dass die Technologie noch in den Kinderschuhen steckt und viele Jahre der Entwicklung bedarf, bevor sie eine funktionierende Alternative zum konventionellen Bau werden kann. Gebäude müssen hurrikan- und erdbebensicher sein. Sie müssen ausreichend feuerbeständig sein, damit die Bewohner Zeit haben, das Gebäude zu verlassen.

Allerdings muss man die Technologie von Winsun zu schätzen wissen. Sie waren innovativ genug, um sowohl die Betonmischung als auch die Maschine für den Druck von großflächigen Bauteilen zu entwickeln, die vorgefertigt und vor Ort versandt werden können. Sie sind das weltweit erste Unternehmen, das dies tut. Sie haben dies alles in China getan und haben zweifellos größere Pläne für die Zukunft.
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Ein weiteres interessantes Unternehmen auf diesem Gebiet ist Contour Crafting, ein von Dr. Berokh Khoshnevis gegründetes Unternehmen, das auf Arbeiten basiert, die er an den Schulen der University of Southern California durchgeführt hat. Wir hatten das Glück, Dr. Khoshnevis auf einer 3D-Druckkonferenz zu treffen und seine Technologien ausführlich zu diskutieren.

Der Robotiker Dr. Khoshnevis hat eine Reihe interessanter Technologien entwickelt, die im Hochbau Anwendung finden. Einige von ihnen sind:
Contour Crafting, eine neue 3D-Drucktechnik, die die Technologie der Pastenextrusion mit automatisiertem Glätten kombiniert. Die Maschine extrudiert eine Paste wie eine Betonmischung und formt sie dann mit Kellen, die sich im halbfesten Zustand zusammen mit dem Druckkopf (oder Extruder) bewegen. Objekte werden in Schichten aufgebaut, die zu einem festen, starren Material aushärten.
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Contour Crafting arbeitet derzeit an einem System für 3D-Druckereien. Bei ihrer Annäherung wird die Maschine auf der Baustelle aufgestellt und ist größer als das eigentliche Haus. Es ist auf einem Portalkransystem montiert und verwendet eine Reihe von Robotern, um alle Teile zu bauen…

Contour Crafting arbeitet derzeit an einem System für 3D-Druckereien. Bei ihrer Annäherung wird die Maschine auf der Baustelle aufgestellt und ist größer als das eigentliche Haus. Es ist auf einem Portalkransystem montiert und verwendet eine Reihe von Robotern, um alle Haussysteme, einschließlich Elektro- und Sanitärsysteme, zu bauen.

FAZIT

Unsere Schlussfolgerungen sind, dass 3D-gedruckte Gebäude von der Realisierung noch weit entfernt sind.

Aktuelle Probleme sind:
wie man strukturelle Stärke erreicht
wie man Feuerbeständigkeit erreicht
wie man Bauvorschriften in vielerlei Hinsicht einhält
wie man Roboter mit unterschiedlichen Fähigkeiten und Größen zusammenbringt, um die einzelnen Komponenten eines Gebäudes zu bauen
wie man sich auf der Website bewegt
Wenn das System auf einem Portalkran montiert ist, der größer als das Gebäude ist, ist diese Maschine groß und schwer und benötigt ein eigenes Fundamentsystem

Während sich diese Technologie langfristig durchsetzen wird, werden Gebäude auf kurze Sicht weiterhin hauptsächlich von Menschen gebaut …