Tragende 3D-Druck-Verbindungsknoten für Metallanschlussstäbe

Der Beitrag nimmt Bezug auf die Frage, inwieweit aus Sicht der Tragwerksplanung der rasante Fortschritt im Bereich des 3D-Drucks auch auf die Verbindungstechnik im Bauwesen (Metallbau) übertragen werden kann und welche neuen Möglichkeiten sich für den Tragwerksplaner hieraus ergeben. Dabei hilft der Ansatz der digitalen Fabrikation, nämlich Entwurf und Berechnung digital parametrisch vorab bereits so aufzuarbeiten, dass die 3D-Geometrien dann direkt vom 3D-Drucker eingelesen werden können - von der frühen Entwurfsphase bis hin zur Werkbank ist alles vernetzt. Je nach Projekt lassen sich Freiformen wirtschaftlich programmieren, da auch Verschraubung und weitere Anschlusselemente zu benachbarten Konstruktionsschichten direkt mit integriert werden können und somit Fabrikationsschritte reduzieren. Derzeit gibt es erst wenig mit 3D-Printknoten gebaute Beispiele, von denen einige temporäre Projekte hier beschrieben werden. Ebenfalls werden erste axiale Zug- und Dreipunktbiegeversuche an Kunststoffproben ohne und mit Faserverstärkung samt ihrer beobachteten Versagensformen vorgestellt. Aus Sicht des Metallbaus sind noch viele offene Fragen zu Materialfestigkeit, Dauerhaftigkeit, Langzeit-Witterungsbeständigkeit und Brandschutz solcher 3D-Druckteile zu erforschen, damit geeignete Materialien und verlässliche Druckprozesse in der nahen Zukunft auch bauaufsichtlich zugelassen werden können, um eine breitere Praxisanwendung zu ermöglichen.

Load-carrying 3D printed nodes for connecting metal members
This contribution takes reference to the question from a structural design point of view how rapid advances in 3D printing might be also transferred to the domain of structural connection design in buildings (metal construction) and which new opportunities may follow for the designing structural engineer. In this context, the approach of digital fabrication, design and calculations is proofing useful namely via a digital software parametric design, where 3D geometries can directly be processed by the 3D printing device - a seamless link from early design all the way to the work bench. Dependent on the project, also free-form structures might be programmed economically, because also screwing and other connecting parts to adjacent construction layers can directly be integrated, hence reducing fabrication steps. Currently only few built examples with 3D printed nodes are available, with some temporary ones described further below. In addition, initial axial tension and three- point- bending tests for synthetic probes without and with fiber reinforcement are presented, including their observed failure modes. From a metal construction point of view therefore a variety of open questions related to material strength, durability, long-term weather resistance and fire protection of such 3D printed nodes need to be researched further, such that suitable materials and reliable printing processes in the near future can also be officially approved by the building authorities to allow for broader industry applications.