Foam-3D-Drucktechnik könnte den Einsatz von Beton im Bauwesen minimieren

FoamWork ist eine Foam-3D-Drucktechnik, die an der ETH Zürich in Zusammenarbeit mit der FenX AG entwickelt und erforscht wurde. Das Verfahren ermöglicht die Produktion von Formen für den temporären und wiederverwertbaren Betonguss. Der produzierte Schaumstoff basiert auf recyceltem Abfall und kann die Menge des verwendeten Betons um bis zu 70 Prozent reduzieren.

Der 3D-Druck mit Beton hat es sich zum Ziel gesetzt, dass weniger Material verbraucht wird. Derzeit ist es so, dass Trockenmörtelmischungen genutzt werden, um den 3D-Druck zu ermöglichen. Diese Mischungen haben im Normalfall jedoch einen hohen Zementanteil und sind sehr teuer. Erst vor wenigen Tagen haben wir berichtet, dass der Beton-Druck-Spezialist COBOD und CEMEX hierfür eine neue Betonmischung vorgestellt haben.

ETH Zürich und FenX AG haben eine Möglichkeit gefunden wie man alternativen zu herkömmlichen Schalungen druckt. Normalerweise werden beim Betonguss Schalung verwendet, die aus Holz oder ähnlichen Materialien geformt werden. So ist es möglich Mauern, Decken oder ähnliches mit Beton zu bauen.

Das Foam-Verfahren von den Wissenschaftlern ermöglicht geometrisch komplexe Schalungselemente, die bisher nur mit großem Aufwand oder gar nicht realisierbar waren. Neben den Leistungsvorteilen gibt es auch Vorteile in Bezug auf die Nachhaltigkeit, da dieser Ansatz zu einem geringeren Material- und Energieverbrauch führt. Der 3D-gedruckte Schaumstoff kann sogar entfernt und recycelt werden. Das bedeutet, dass es für den Druck einer völlig neuen Schalung wiederverwendet werden kann, was den Materialverbrauch im gesamten Kreislauf weiter reduziert.

Um die neue Technik zu demonstrieren, druckte das DBT-Team eine Reihe von Prototyp-Schalungselementen in 3D und goss damit eine Betonplatte. Insgesamt gab es 24 Schalungselemente, von denen jedes eine von 12 einzigartigen Formen hatte. Alle Schaumstoffelemente wurden mit einer speziellen Schaumextrusionsanlage hergestellt, die einen ABB-Roboterarm nutzt.

Anschließend platzierte das Team die Schaumstoffelemente in einem Holzrahmen und füllte diesen mit “ultrahochfestem faserverstärktem Beton”. Nach dem Aushärten maß die gegossene Platte 2 m x 1,3 m und wies eine Rippenstruktur mit Punktstützen in jeder Ecke auf.

Die stegförmige Rippenanordnung folgte den aus dem Hauptspannungsmuster der Platte abgeleiteten isostatischen Linien, so dass sie einem topologisch optimierten Bauteil nicht allzu unähnlich war. Im Wesentlichen wurde der Beton in den Bereichen gegossen, in denen die Spannung am größten war, wodurch die Druckfestigkeit der Platte maximiert und der Materialverbrauch auf ein absolutes Minimum reduziert wurde.