Additive Fertigung im Bauwesen: erste 3-D-gedruckte und bewehrte Betonbauteile im Shotcrete-3-D-Printing-Verfahren (SC3DP)

Mit dem 3-D-Drucken (Additive Fertigung) steht eine digital gesteuerte Fertigungstechnologie bereit, die das Potenzial hat, spezifisch für das Bauwesen entwickelt, zu einer Schlüsseltechnologie für die Digitalisierung der Bauwirtschaft zu werden. Bei der Additiven Fertigung erfolgt der Bauteilaufbau allein durch einen digital gesteuerten, schichtenweisen Werkstoffauftrag, ohne Formenbau oder Umformprozesse. Dies stellt einen Paradigmenwechsel zu den noch überwiegend handwerklichen, formgebenden Bauprozessen dar. Um das Potenzial dieser Technologie voll auszuschöpfen, müssen Strukturdesign, Materialverhalten und Fertigungsprozess integrativ aufeinander abgestimmt werden. Dies ermöglicht Bauwerke von hoher Gestaltungsfreiheit und einen ressourceneffizienten Einsatz von Werkstoffen. Am Institut für Tragwerksentwurf (ITE) und am Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der TU Braunschweig wird seit mehreren Jahren an Verfahren für den 3-D-Druck von großformatigen Betonbauteilen geforscht. In einem interdisziplinären Verbundvorhaben wurde das sog. Shotcrete-3-D-Printing-Verfahren (SC3DP) entwickelt. Bei der SC3DP-Technologie handelt es sich um ein automatisiertes robotisches, additives Fertigungsverfahren, das Betonbauteile unter kontrollierter Zugabe von Druckluft Schicht für Schicht aufbaut. In dem vorliegenden Bericht werden erste 3-D-gedruckte und bewehrte Betonbauteile vorgestellt, die das Potenzial der SC3DP-Technologie aufzeigen.

Additive manufacturing in construction: first 3-D-printed reinforced concrete components using Shotcrete 3-D Printing (SC3DP) technology
3-D printing (additive manufacturing) is a digitally controlled manufacturing technology, that has the potential to be specifically developed for the construction industry and to become a key technology for the digitalization in building industry. In additive manufacturing (AM), the component construction is done solely by a digitally controlled layer-by-layer material application, without mold construction or forming processes. This represents a paradigm shift to the still predominantly manual shaping construction processes. In order to fully exploit the potential of AM structural design, material behavior and manufacturing processes must be integratively aligned. This enables buildings with a high degree of design freedom and resource-efficient use of materials. At the Institute of Structural Design (ITE) and at the Institute of Building Materials, Concrete Construction and Fire Safety (iBMB) at the Technische Universität Braunschweig, research has been carried out for several years into processes for the 3-D printing of large-format concrete components. The so-called Shotcrete 3-D Printing (SC3DP) technology was developed in an interdisciplinary research project. The SC3DP technology is an automated robotic, additive manufacturing process that builds up concrete components layer by layer with the controlled addition of compressed air. This report presents the first 3-D-printed and reinforced concrete components that demonstrate the potential of SC3DP.