Kategorie | 3D Objekte, Forschung



3D-Drucken unter Einsatz von Holzpartikeln für Anwendungen im Bauwesen


Die Aussicht auf eine maschinelle Produktion von frei geformten Bauteilen in kleinen Stückzahlen lässt den Einsatz von additiven Fertigungsverfahren für das Bauwesen äußerst attraktiv erscheinen. Weitgehend befreit von den Zwängen der Produktion könnte die Form der Bauteile in Hinblick auf Nutzung, Bauphysik und Tragwerk optimiert werden, die Einpassung in Bestandssituationen würde erleichtert und über eine geometrische Differenzierung im Bauteilinneren könnten technische Systeme im Bauteil integriert oder eine funktionale Gradierung realisiert werden.

Trotz all dieser Argumente wurde die additive Fertigung von Bauwerkselementen bislang nur in wenigen Forschungsprojekten untersucht. Während bei diesen Projekten ausschließlich mineralische Werkstoffe zum Einsatz kamen, wurde jetzt von Forschern an der Technischen Universität München die Möglichkeit der Verwendung von Holzpartikeln aufgezeigt. Dies führt im Vergleich zu rein mineralischen Lösungen zur Schonung endlicher Ressourcen und einer erheblichen Reduzierung von Bauteilgewicht und Wärmeleitfähigkeit. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der guten Bearbeitbarkeit: Die scheinbar widerstreitenden Anforderungen, große Bauteile in kurzer Zeit zu fertigen und gleichzeitig eine hohe geometrische Auflösung zu erreichen, können in Einklang gebracht werden, indem in einem finalen Bearbeitungsschritt eine zunächst additiv generierte Grobform entweder komplett oder nur in den relevanten Bereichen von Passungen und Anschlussdetails, durch eine subtraktive Nachbearbeitung auf Sollgeometrie gebracht wird.

Bei dem Verfahren handelt es sich um ein 3D-Druckverfahren im engeren Sinne, bei dem schüttfähiges Material in dünnen Schichten ausgebracht und durch Einbringen eines fließfähigen Materials selektiv verfestigt wird. Hauptbestandteil der Schüttung sind dabei Holzspäne unterschiedlicher Größe und Form. Als Bindemittel können grundsätzlich verschiedene organische oder mineralische Bindemitteln eingesetzt werden. Gute Ergebnisse wurden mit Zement erzielt. Auf diese Weise entsteht eine dem Holzleichtbeton ähnliche Materialstruktur mit günstigen Eigenschaften auch in Hinblick auf Brandsicherheit und Witterungsbeständigkeit.

Für die Versuche, durchgeführt von Klaudius Henke (Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion) und Sebastian Treml (Holzforschung München), wurden einfache, manuell betriebene 3D-Versuchsdrucker unter Einsatz von Schablonen verwendet. In weiterführenden Arbeiten sollen insbesondere die Materialeigenschaften weiter verbessert und der additive Prozess einer vollständigen Automatisierung zugeführt werden.

Wabenstruktur- 3D-Druck mit Holzpartikel

Bild oben: Beispiel für die bauliche Anwendung additiver Fertigungsverfahren unter Einsatz von Holzverbundwerkstoffen: CAD-Modell eines Wandelementes für die energetische Gebäudesanierung mit innerer Wabenstruktur und integrierten Lüftungskanälen. Ungebundene Holzpartikel im Inneren der Waben dienen als Dämmmaterial. Das Element wird in einem einzigen Fertigungsschritt hergestellt und kann auf der dem Gebäude zugewandten Seite dem Bestand geometrisch angepasst werden.

Kegelstumpf-3D-Druck-mit Holzpartikel

Bild oben: Im 3D-Druckverfahren hergestellter und nachträglich angeschnittener Kegelstumpf aus Fichtenspänen mit Zement als Bindemittel.

Kontakt: Klaudius Henke (henke@tum.de) & Sebastian Treml (treml@wzw.tum.de)

LinkWood based bulk material in 3D printing processes for applications in construction; Klaudius Henke und Sebastian Treml. Erschienen im European Journal of Wood and Wood Products January 2013, Volume 71, Issue 1, pp 139-141, Springer Verlag.

(c) Bilder: Institut Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion und Holzforschung München der TU-München.

Siehe auch: Contour Crafting, D-Shape 3D-Drucker, Concrete Printing

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