Entwicklung praxisorientierter Methoden für den 3D-Druck des Verbundwerkstoffs Stahlbeton

Bereits heute ist absehbar, dass die additive Fertigung von Beton mit extrusionsbasierten Druckmethoden bahnbrechendes Potenzial besitzt und unsere Art zu bauen grundlegend verändern wird. Allerdings reichen die bisher verfolgten additiven Fertigungskonzepte für unbewehrte Betonbauteile in vielen Fällen nicht aus, um die in realen Bauwerken auftretenden Beanspruchungen zuverlässig abzutragen. Zukünftig werden neuartige Fertigungsverfahren zur Integration von Stahlbewehrung in den Betondruckprozess benötigt. Die grundlegende Erforschung von Prinzipien zur Realisierung neuer 3D-Druckverfahren für Stahlbeton ist Gegenstand des vorliegenden Projektantrags. Die Analyse des Standes der Forschung zeigt, dass die Integration der Bewehrung in 3D-gedruckte Betonelemente eine kritische Herausforderung darstellt, für die es bisher noch keine zufriedenstellenden Lösungen gibt. In diesem Projekt werden daher neuartige, an praktischen Anforderungen orientierte additive Fertigungsmethoden für Stahlbeton völlig neu konzipiert und grundlegend erforscht. Beispielhaft für die Realisierbarkeit solcher Methoden sei das an der RWTH Aachen entwickelte AMoRC-Verfahren genannt, bei dem konfektionierte Betonstabstähle abschnittsweise mit einem Schweißverfahren zu einem dreidimensionalen Bewehrungsnetz gefügt und simultan mit einem Beton-Extrusionsprozess umdruckt werden. Neben der Entwicklung neuartiger 3D-Druckprozesse für Stahlbeton werden die mechanischen Eigenschaften des gedruckten Betons (z.B. Grenzschichten der Betonschichten), des Bewehrungsstahls sowie des gedruckten Verbundwerkstoffs charakterisiert. Die beteiligten Institute verfügen über Vorarbeiten zum Beton-3D-Druck (IMB) sowie zum Stahl-3D-Druck und Bewehrungsstahlschweißen (ISF). Die Kombination beider Prozesse ist hochkomplex, bisher nicht erforscht und macht das Projekt so risikoreich, dass derzeit keine anderen Förderformate zur Umsetzung der Projektidee in Frage kommen.