Das Penn State Team belegt den zweiten Platz bei der NASA 3D-Printed Habitat Challenge

Ein interdisziplinäres Penn State-Team unter der Leitung der Fakultätsmitglieder der Stuckeman School of Architecture und Landscape Architecture, Shadi Nazarian und José Duarte, belegte den zweiten Platz und erhielt einen Preis in Höhe von 150.000 US-Dollar bei der 3D-Printed Habitat Challenge der NASA unterstützen die menschliche Erforschung des Mars.

PennStateDen@Mars war eines von nur fünf Teams, die sich für den direkten Wettbewerb im Edward Demonstration and Learning Center von Caterpillar Inc. in Peoria, Illinois, qualifiziert hatten. Die Teilnehmer mussten zwischen dem 23. und 26. August strukturelle Habitat-Stücke in 3D drucken, die ausgewertet und dann vor Ort auf Druck getestet wurden.

Das Ziel der 3D-Printed Habitat Challenge ist es, die additive Bautechnologie voranzutreiben, die für die Schaffung von nachhaltigem Wohnen auf der Erde und für die Erforschung des Weltraums erforderlich ist.

Das Penn State-Team, dem Vertreter der Abteilungen Architektur und Bau- und Umweltingenieurwesen sowie der School of Engineering Design, Technology und Professional Programs (SEDTAPP) angehörten, arbeitete im vergangenen Jahr an dem Projekt. Sven Bilén, Professor für Ingenieurdesign, Elektrotechnik und Luft- und Raumfahrttechnik und Leiter von SEDTAPP, leitete das Projekt gemeinsam mit Nazarian, Associate Professor für Architektur, und Duarte, Stuckeman-Lehrstuhl für Designinnovation und Direktor des Stuckeman Center for Design Computing. Die anderen Teamleiter waren Aleksandra Radlińska, Assistenzprofessorin für Bau- und Umweltingenieurwesen; Ali Memari, Bernard und Henrietta Hankin, Lehrstuhl für Wohnungsbau und Direktor des Pennsylvania Housing Research Center; und Nicholas Meisel, Emmert H. Bashore Entwicklungsprofessor und Assistenzprofessor für Ingenieurdesign und Maschinenbau.

Das Team umfasste auch Studenten und Doktoranden in Architektur und Ingenieurwesen. Die Ingenieurstudenten Andrew Przyjemski und Nathan Watson reisten mit den Fakultätsmitgliedern zum Wettbewerb, sowie Jamie Heilman, Koordinator für digitale Fertigung und Spezialtechnologien an der Stuckeman School. Das College of Agricultural Sciences steuerte einen Lastwagen und einen Anhänger zum Transport des großen Roboters bei, der zum Drucken verwendet wurde.

„Die von uns und unseren Wettbewerbern entwickelten Materialien und Techniken kommen in vielfältiger Weise zum Einsatz, einschließlich der unmittelbaren Möglichkeiten, mit umweltschonenden Materialien zu bauen, einheimische und recycelbare Materialien zu verwenden und den rauen Bedingungen hier auf der Erde und darüber hinaus standzuhalten“, erklärte Dr. Nazarianer.

Der Wettbewerbsbeitrag von PennStateDen@Mars basierte auf früheren Forschungsarbeiten zur Entwicklung funktional abgestufter Materialien und zur Überprüfung der Möglichkeit, nahtlose Gebäude zu entwerfen und zu konstruieren, die sich erheblich auf die Architektursprache und die Bauprozesse auswirken können. Sie haben die Technologie der additiven Fertigung für den 3D-Druck von Lebensräumen unter Verwendung eines speziell formulierten Betons aus Materialien weiterentwickelt, die auf dem Mars vorkommen.

Aufgrund ihres Fachwissens konzentrierten sich die Teammitglieder auf drei Bereiche: Entwicklung einer neuartigen Betonrezeptur, Entwicklung der 3D-Druckverfahren sowie Entwurf und Entwicklung des gesamten 3D-Drucksystems, das zum Drucken großer Strukturen erforderlich ist. Bei der Herstellung des Geopolymerbindemittels, das für die Zusammensetzung des vom Team entworfenen Betons verwendet wird, wird im Gegensatz zur Herstellung von Portlandzement (eine der gebräuchlichsten Zementsorten) kein Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt. Das umfangreiche Know-how von Penn State im 3D-Druck wurde genutzt, um das Know-how von kleineren Druckern und den damit verbundenen Prozessen auf das Drucken von Beton im Großmaßstab zu übertragen.

Die früheren Forschungen von Nazarian mit einem Team von Materialwissenschaftlern, die zur Entwicklung innovativer und abgestufter Materialschnittstellen führten, ermöglichten die Gestaltung nahtloser Schutzräume und undurchlässiger Verbindungen zwischen Glas und Geopolymerbeton, um Menschen und das Klima im Lebensraum zu schützen. Duartes frühere Forschungen und Kenntnisse der digitalen Technologie bei der Konstruktion und Herstellung von funktional abgestuften Materialien haben die Möglichkeit bestätigt, nahtlose Gebäude durch additive Fertigung unter Verwendung von Zementbasis sowie nicht zementgebundenem Beton zu entwerfen und zu konstruieren. Gemeinsam werden Nazarian und Duarte im Herbstsemester 2017 in einem interdisziplinären Designstudio die Auswirkungen dieser kombinierten Technologien auf die Architektursprache und die Bauprozesse untersuchen.