Erdbebensichere Häuser mit 3D-Druck möglich
Bewehrung aus Stahl laut Forschern der Carnegie Mellon University künftig kein Hindernis mehr
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Baustelle: Hier könnte der neuartige 3D-Drucker künftig eingesetzt werden (Foto: pixabay.com) |
Pittsburgh/Tokio (pte019/12.11.2025/11:30)
Eine neue 3D-Drucktechnik von Forschern der Carnegie Mellon University erzeugt erdbebensichere Gebäude aus Beton. Derartige Bauwerke benötigen Bewehrungsstahl. Das sind stählerne Stangen, die waagerecht und senkrecht verlaufen und vom Beton umschlossen werden. Mit herkömmlichen Verfahren ist das kein Problem. Das stählerne Gitter wird aufgebaut und in eine sogenannte Schalung integriert, die die Form der zu errichtenden Wand hat. Dann wird von oben Beton eingefüllt, der die Stahlstangen umhüllt. Hat der Baustoff abgebunden, wird die Schalung entfernt.
Von schräg oben statt senkrecht
Soll eine Wand gedruckt werden, stören die senkrecht stehenden Stangen aus Baustahl, weil die Düse den Beton senkrecht nach unten ausstößt und die Wand Lage für Lage aufbaut. Dabei würde sie mit den Stangen kollidieren. Die neue Spritztechnik von Kenji Shimada und seinem Team bringt den Beton von schräg oben auf. Die Düse fährt elegant um das stählerne Gitter herum, sodass der Beton das Gitter perfekt einschließt.
Damit das funktioniert, muss der Beton eine besondere Konsistenz haben, denn er "fliegt" ein Stück durch die Luft, um sich dann abzusetzen. Dort muss er sich perfekt platziert sein, darf also nicht über die Grenzen der Mauer hinausragen. "Um diese Technologie nutzbar zu machen, müssen wir in der Lage sein, genau vorherzusagen, wie der Beton gesprüht wird und zu seiner endgültigen Form trocknet. Daher haben wir einen Simulator für den 3D-Druck mit Spritzbeton entwickelt", so Shimada.
Mehr als 90 Prozent Genauigkeit
Der neue Simulator kann das viskoelastische Verhalten von Spritzbetonmischungen modellieren, einschließlich Tropfenbildung, Partikelrückprall, Ausbreitung und Erstarrungszeit. Auf diese Weise können Bauunternehmer mit dem Simulator mehrere Druckpfade auf der Grundlage eines computergestützten Bauplans ausprobieren, um zu beurteilen, ob der 3D-Spritzdruck eine geeignete Fertigungstechnik für ihre Konstruktion ist, heißt es in dem Paper der Forscher.
Das Team hat den Simulator bei der Shimizu Corporation in Tokio getestet, die bereits Erfahrungen mit konventionellem 3D-Gebäudedruck hat. Im ersten Test sollte der Fokus auf die Vorhersagbarkeit der Form der gedruckten Wände anhand der Geschwindigkeit der Düsenbewegung liegen. Dies gelang mit einer Genauigkeit von 90,75 Prozent. Im zweiten Test hat der Simulator das Ergebnis des Betondrucks beim Einsatz von Bewehrungsstahl mit einer Genauigkeit von 92,3 Prozent für die Breite und 97,9 Prozent für die Dicke vorhergesagt.
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