University of Arkansas erhält 3,5 Millionen Dollar für die Forschung zum 3D-Betondruck

Applied Research Associates, ein Forschungs- und Engineering-Unternehmen mit Sitz in New Mexico, vergab fast 3,5 Millionen Dollar an die University of Arkansas, um die zweckmäßigsten Möglichkeiten für den 3D-Druck mit Beton für das US-Militär zu untersuchen.

Das Team der Fakultät wird optimale Designmuster und einheimische Materialien für horizontale Bauprojekte (z. B. Durchlässe, T-Wände und Jerseysperren) ermitteln und Druckanweisungen für mobile Roboter entwickeln, die schnell vor Ort eingesetzt werden können.

Michelle Barry, eine außerordentliche Professorin für Bauingenieurwesen, wird die Hauptforscherin des zweijährigen Projekts sein. Wenchao Zhou, ein außerordentlicher Professor für Maschinenbau, und Cameron Murray, ein Assistenzprofessor für Bauingenieurwesen, werden als Co-PIs fungieren.

Barry, der das Granular Materials Research Laboratory leitet, wird eine Reihe von Aufgaben übernehmen. Dazu gehört die Erforschung neuer Materialstrukturen und geometrischer Konfigurationen zur Optimierung von Leistung und Effizienz. Dazu gehört auch die Untersuchung biomimetischer Strukturen, d. h. von Strukturen, die natürlich vorkommende Formen nachahmen, wie z. B. Honigwabenmuster, die den Materialverbrauch verringern und gleichzeitig die Festigkeit erhöhen können.

Barry wird auch eine Reihe von einheimischen Böden katalogisieren und charakterisieren, um ihre Eignung für die Verwendung in Beton zu bestimmen. Die Idee ist, dass eine Expeditionstruppe in der Lage sein wird, lokale Materialien für horizontale Bauten einzusetzen und zu nutzen, anstatt Zement und Zuschlagstoffe über große Entfernungen zu transportieren. Die Truppe würde stattdessen über einen praktischen Katalog von Rezepten für Betonmischungen verfügen, die an die örtlichen Gegebenheiten angepasst sind, und hätte die Gewissheit, dass der Beton durch Düsen gepumpt und mit den erforderlichen Robotern vor Ort in 3D gedruckt werden kann.

Murray, der sich auf Beton spezialisiert hat, wird bei der Analyse der Betonzusammensetzung und bei groß angelegten Tests von Versuchsformen helfen.

Zhou ist Leiter des Labors für fortgeschrittene Fertigung, Modellierung und Materialien an der Universität von A. Er ist auch Mitbegründer von AMBOTS, einem lokalen Startup-Unternehmen, das Schwarmfertigungstechnologie entwickelt. Zhou wird die Aufgabe haben, die Umwandlung der vom Team erstellten CAD-Modelle in Maschinenanweisungen zu überwachen. Das ist leichter gesagt als getan, denn es geht darum, Druckpfade für eine Reihe von Materialien und Designs festzulegen und schließlich mehrere Roboter einzubinden.

AMBOTS wird die Softwareentwicklung für den Bau von 3D-Druckrobotern leiten. Die Roboter sollen sowohl unabhängig als auch gemeinsam arbeiten und sich an verschiedene Mischungen anpassen können. Weitere Überlegungen betreffen die Gewährleistung eines hohen Maßes an Präzision beim Drucken großer Aufträge, die Entwicklung einer mobilen Plattform, die schnell in verschiedenen Umgebungen eingesetzt werden kann, und die Fähigkeit, das Gesamtsystem mit Strom zu versorgen.

Sowohl Doktoranden aus Zhous Labor als auch Mitarbeiter von AMBOTS werden die Arbeit durchführen.

In zwei Jahren einen Prototyp zu entwickeln, ist eine große Aufgabe, aber Barry geht davon aus, dass er bis zu 18 Doktoranden, Postdocs und Forschungstechniker mobilisieren kann und auch weitere Dozenten für das Projekt gewinnen wird. Die Mittel aus dem Preis werden auch für die Anschaffung eines großformatigen 3D-Druckers sowie zusätzlicher Ausrüstung für die Boden- und Betoncharakterisierung verwendet.

Barry wies darauf hin, dass die Verwendung einheimischer Böden für sie schon seit einiger Zeit von Interesse ist, vor allem wegen der geringeren Auswirkungen auf die Umwelt.

“Die Menschen bauen schon seit Tausenden von Jahren mit Böden, aber der 3D-Druck von Böden ermöglicht es uns, Böden auf neue und aufregende Weise zu nutzen. Wir können Bauwerke oder Straßen in Katastrophengebieten errichten”, sagte sie, “wo man nur ein Gerät herbeischafft, weil man vielleicht kein anderes Baumaterial herbeischaffen kann. Wenn die örtlichen Böden geeignet sind, kann man sie für eine gewisse Zeit nutzen, die Menschen sind geschützt, und wenn sie nicht mehr gebraucht werden, löst sich das Ganze wieder in die ursprüngliche Landschaft auf.”

Das Projekt ist auch eine großartige Gelegenheit für AMBOTS, zu zeigen, was es kann.

“Wir freuen uns über die Möglichkeit, mit der ARA zusammenzuarbeiten und ihr Branchenwissen und ihre Erfahrung zu nutzen, um hochmoderne 3D-Druckverfahren zu entwickeln”, so Zhou. “Dieser Zuschuss wird es uns ermöglichen, in Forschung und Entwicklung zu investieren, die Innovation unserer 3D-Schwarmdrucktechnologie voranzutreiben und neue Möglichkeiten für die Zukunft des Bauwesens und anderer Branchen zu erschließen.”

Der Zuschuss in Höhe von 3,5 Millionen Dollar ist Teil eines größeren Zuschusses in Höhe von 12 Millionen Dollar, den ARA vom United States Army Engineer Research and Development Center erhalten hat.

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