Hausbau frisch aus dem Drucker

Das kolumbianische Bauunternehmen Constructora Conconcreto ist seit mehr als 55 Jahren am Markt aktiv. Auch große Bau- und Infrastrukturprojekte realisiert das an der kolumbianischen Börse gelistete Unternehmen regelmäßig. Jetzt hat Conconcreto ein innovatives Bauverfahren entwickelt, das auf Tecline-Linearachsen von Rollon basiert.

Die bemerkenswerte Innovation resultiert aus der Kombination von Conconcretos Expertenwissen über Bauverfahren mit Rollons Know-how über Automationssysteme, die auf Linearachsen basieren. Conconcretos Betondrucker ist ein neuartiger 3D-Großdrucker für leichte Betonkonstruktionen, der Conconcreto Optionen für viele innovative Anwendungsfelder in der Bauwirtschaft eröffnet: Angefangen von der industriellen Serienfabrikation leichter Betonbauelemente über die Erstellung individueller Betonteile bis hin zur schnellen Errichtung von standardisierten Wohnunterkünften sind viele Einsatzszenarien denkbar.

Der 3D-Drucker für Betonfertigteile wurde komplett aus Tecline-Achsen mit prismatischen Führungen und Rollenläufern von Rollon aufgebaut. Die Antriebskraft wird über gehärtete, geschliffene und schrägverzahnte Zahnstangen von den Servoschneckengetrieben auf die Linearachsen übertragen. Anhand der Hübe der im Prototyp eingesetzten Achsen ergibt sich ein Raum von 6 m x 3 m x 3,2 m, in dem der Drucker arbeiten kann. Durchgeführte Versuche zeigten, dass sich bereits mit dem Prototyp komplette Mauer- oder Wandfertigteile bis 2,16 m Höhe ausdrucken lassen.

Juan Luis Aristizábal Vélez, der Präsident von Constructora Conconcreto betont die Vorteile des Systems: „Der 3D-Großdrucker erlaubt den Aufbau nahezu beliebiger dreidimensionaler Strukturen innerhalb kurzer Zeit und mit geringsten Materialverlusten. In Kombination mit dem kartesischen Linearachssystem, das Rollon gemeinsam mit uns konzipiert hat, arbeitet der Drucker extrem zeitsparend und ressourcenschonend.“

Unterstützung durch Lineartechnik-Experten

Das Team um Dipl.-Phys. Ing. Frank Thomas, der Vertriebsleiter der Business Unit Linearachsen / Systeme bei Rollon ist, beriet die Conconcreto-Projektverantwortlichen umfassend zur richtigen Auswahl der erforderlichen Linearachsen und konzipierte das kartesische Linearachssystem individuell nach den Bedürfnissen des Kunden. Bei der Abnahme des fertigen Linearachssystems im Rollon-Stammhaus im italienischen Vimercate erhielten die Conconcreto-Ingenieure eine detailierte Schulung über die richtige Montage des Portalsystems, damit später in Kolumbien alles reibungslos aufgebaut und in Betrieb genommen werden konnte.

Alle Linearachsen wurden von Rollon komplett mit Planeten- oder Servo-Schneckengetrieben, Energieketten, Sensoren einer Synchronwelle für die X-Achsen sowie mit automatischen Schmiersystemen für die Zahnstangen ausgerüstet. So konnten sich die Conconcreto-Entwickler voll auf den Druckkopf und ihre Kernkompetenz, den richtigen Betonauftrag und die richtige Betonmischung konzentrieren.

Tecline ideal für große kartesische Portale

Die Tecline-Linearmodule von Rollon gewährleisten eine präzise, schnell und leise funktionierende Handhabung von Lasten von 10 bis 2000 Kilogramm. Sie sind einfach und schnell zu montieren und dank ihrer Qualität sehr wartungsarm. Für die Anwendung im 3D-Großdrucker besonders wichtig ist die hohe Torsionssteifigkeit der Träger, die bis zu zwölf Meter lang in einem Stück geliefert werden können.

Längere Profile werden als stoßbearbeitete Ausführung aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt. Durch den präzisen Querschnitt und die maschinelle Bearbeitung aller Profile können Wiederholgenauigkeiten von bis zu ±0,05 mm erreicht werden. Für die X- und Y-Achsen wählte Rollon sogenannte PRATYCA-Profile mit einem Querschnitt von 280 mm x 170 mm aus. Um diesem Zweiachsgerüst die erforderliche Stabilität, Präzision und Vibrationsfreiheit zu verleihen wurden zwei parallele X-Achsen eingesetzt, die über eine etwa 4,2 m lange Parallelwelle verbunden sind. Die Parallelwelle kann Torsionsmomente bis 190 Nm aufnehmen. Die X- und Y-Achsen arbeiten mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s und erfahren eine Beschleunigung von maximal 2 m/s².

Vibrationsarmer Betrieb dank hoher Steifigkeit

Für die Z-Achse, die den Druckkopf beim Wechsel zur nächsten Druckebene auf und ab bewegen muss, wurde auf ein leichteres LOGYCA-Profil mit einem Querschnitt von 220 x 120 mm zurückgegriffen. Das ist für die Z-Achse ausreichend, da sie nur mit einer Geschwindigkeit von 0,2 m/s und einer Beschleunigung von 1 m/s² bewegt wird. Wichtig für ein sauberes Druckergebnis war eine möglichst vibrations- und schwingungsarme Konstruktion des kartesischen Linearachssystems. „Das konnten wir vorbildlich umsetzen. Selbst bei voll ausgefahrener Z-Achse treten kaum Schwingungen auf, obwohl die zu bewegende Masse des Druckkopfes immerhin rund 50 kg beträgt“, sagt Frank Thomas.

Entwickelt und erprobt hat Constructora Conconcreto das 3D-Druckverfahren in seinem Innovationszentrum, das direkt am Campus der University Escuela de Ingeniería de Antioquia (EIA) angesiedelt ist. Mit dem Großformat-3D-Drucker setzt Conconcreto auf effiziente und nachhaltige Bauverfahren für die Zukunft. Er soll konsequent weiterentwickelt werden. Ausgehend von der Fähigkeit Wände, Stützpfeiler und Fertigbauteile perfekt herzustellen, ist das nächste Ziel Rohbauten für Wohnhäuser und andere Gebäude in einem Druckdurchgang herzustellen. Für bezahlbare Wohnunterkünfte besteht eine hohe Nachfrage auf dem süd- und mittelamerikanischen Markt und kleine Wohnbungalows könnten bei voller Marktreife des Verfahrens innerhalb eines Tages zu erschwinglichen Preisen am Aufstellort errichtet werden.