50.000 US-Dollar Forschungs-Förderung für Beton-3D-Druck

Ein Forschungsvorschlag von Benay Gürsoy, Assistenzprofessorin für Architektur an der PennState, wurde mit fast 50.000 Dollar als Empfängerin des Stuckeman School’s Collaborative Design Research Fund 2023-24 ausgezeichnet, der die Zusammenarbeit bei Designinnovationen unterstützt.

Das Ziel des Projekts ist es, die Herausforderungen beim 3D-Druck von Betonstrukturen zu überwinden, um die Umweltauswirkungen des Wohnungsbaus zu reduzieren. Gürsoy, die auch Direktorin des Form and Matter (ForMat) Labors im Stuckeman Center for Design Computing (SCDC) ist, arbeitet hierfür mit einem interdisziplinären Team aus der College of Arts and Architecture’s Stuckeman School und der College of Engineering zusammen.

Die Präzision und Kontrolle, die Roboterarme bei der Herstellung von Betonstrukturen bieten, stoßen jedoch an ihre Grenzen, wenn es um die Wahrnehmung und Reaktion auf die Umgebung geht. In ihrem Vorschlag wird das Team des ForMat Labors – in Zusammenarbeit mit dem Additive Construction Lab (AddConLab) und dem Control and Autonomous Robotics Lab (CARL) – die Arbeitsumgebung des Roboters digital scannen und rekonstruieren. Dies soll zunächst in kleinen robotergestützten Fertigungsanwendungen erfolgen und später auf großflächige Beton-3D-Druckprozesse angewendet werden. Ein wichtiger Bestandteil dieses Systems wurde von Özgüç Çapunaman, einem Forscher im ForMat Labor und Doktoranden der Architektur, im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelt.

Das Projekt, betitelt “A Vision-Based Sensing Framework for Adaptive Robotic Additive Manufacturing of Concrete on Indefinite Surfaces and Real-Time Monitoring of the 3D Printing Process”, ist auch ein zentraler Teil der Doktorarbeit von Paniz Farrokhsiar, Mitglied des ForMat Labors und des AddConLab. Es erweitert ihre Masterarbeit, die sie 2020 unter Gürsoys Betreuung abgeschlossen hat.

“Beton ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten Baumaterialien und trägt bis zu 8 % zu den globalen Kohlendioxidemissionen bei”, erklärte Farrokhsiar. “Durch den 3D-Druck von Beton können wir die Bauzeit und den Abfall reduzieren, was nachhaltiger ist als herkömmliche Verfahren. Allerdings bringt der 3D-Druckprozess kritische Herausforderungen mit sich, die sich auf die strukturelle Stabilität und die Qualität der 3D-gedruckten Betonstrukturen auswirken.”

Laut den Forschenden wird das entwickelte System eine präzise digitale Rekonstruktion und Registrierung der Arbeitsumgebung vor den robotergestützten Werkzeugoperationen ermöglichen. Es erlaubt den 3D-Druck von Beton auf unbestimmten Oberflächen, eine Echtzeitüberwachung des 3D-Druckprozesses, eine Echtzeitanpassung des Systems zur Fehlerbehebung und einen formlosen 3D-Druck. Dieses System ist ein wichtiger Beitrag zum laufenden Bemühen des AddCon Lab, Mittel zur automatischen Überwachung und Steuerung des Betondruckprozesses zu entwickeln.

Mitbeteiligte Hauptforscher des Projekts sind José Pinto Duarte, Direktor des SCDC und Stuckeman Chair in Design Innovation, Sven Bilén, Professor für Ingenieurdesign, Elektrotechnik und Luft- und Raumfahrttechnik, sowie Donald Ebeigbe, Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Direktor des CARL in der School of Electrical Engineering and Computer Science.