ConSPrint - Kontinuierliches Beton-3D-Drucken von Überhangstrukturen mittels wiederverwendbarer Stützmaterialien

Im Vorhaben „Kontinuierliches Beton-3D-Drucken von Überhangstrukturen mittels wiederverwendbarer Stützmaterialien“, Kurzbezeichnung „ConSPrint“, sollen die prozess- und anlagentechnischen Voraussetzungen für die Generierung stark geneigter, auskragender bzw. horizontal freitragender Bauteilstrukturen in einem kontinuierlichen, extrusionsbasierten Beton-3D-Druckverfahren geschaffen werden. Der Lösungsweg geht über die Nutzung von Stützmaterialien, wie es bei anderen extrusionsbasierten Drucktechnologien möglich ist, da rein mit Beton derartige Geometrien nicht in 3D-Druckverfahren darstellbar sind. An das Stützmaterial werden hohe Anforderungen gestellt: förder- und austragbar, schnell aushärtend, formstabil, Aufnahme der Drucklasten, des Weiteren kostengünstig, umweltfreundlich, wiederverwendbar und lagerfähig. Das vorangegangene Projekt „BioConSupport“ (gefördert durch Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., FKZ 22010917) entwickelte und beschrieb vielversprechende Stützmaterialien auf Basis des natürlichen Bindemittels Stärke. Holzpartikel dienen als Füllstoffe und zur Unterstützung der Austragbarkeit, Formstabilität und Festigkeit. Zweck und Ziel von ConSPrint ist, derartige Holz-Stärke-Komposite in den Beton-3D-Druckprozess zu integrieren. Ein gemeinsamer Prozess mit aufeinander abgestimmter Anlagentechnik für Beton- und Stützmaterial-3D-Druck im Labormaßstab soll geschaffen werden. Anpassungen der Materialzusammensetzung werden hinsichtlich Fördertechnik, Lagerfähigkeit, Entfernbarkeit und Wiederverwendbarkeit vorzunehmen sein. Konstruktive Aufbaumöglichkeiten werden eingehend untersucht, um das Material für die industrielle Anwendung nutzbar zu machen. Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen flankieren das Vorhaben.
3D-Druck zementbasierter Baustoffe wird seit einigen Jahren intensiv erforscht, sowohl aus Material- als auch prozesstechnologischer Sicht. Jedoch existieren keine wirtschaftlich praktikablen Lösungen für Überhangstrukturen. Einen Lösungsansatz stellt ein biobasiertes Stützmaterial auf Basis von Holzpartikelverbunden dar. Es ordnet sich in das Fernziel des kontinuierlichen, schalungsfreien Betondrucks mit Stützmaterial im baustellenpraktikablen Anwendermaßstab.
Zu lösende Probleme sind:
- Abstimmung der Prozessanforderungen zum parallelen sowie versetzten Austrag von Stützmaterial und Beton,
- Aufbau und Betrieb von Anlagentechnik im Labormaßstab zur Verknüpfung beider Prozesse,
- Anpassung der Stützmaterialzusammensetzung an die verfügbare und praktikable anlagentechnische Lager-, Förder-, Austrags- und Konsolidierungstechnologien,
- Untersuchung verschiedener konstruktiver Aufbauvarianten des Stützmaterials zur Prozessoptimierung und Materialersparnis,
- Entwicklung und Prüfung eines Konzeptes zu baustellenpraktikabler Entfernung, Aufbereitung und Wiederverwendung des Stützmaterials,
- Herstellung und ingenieurtechnische Prüfung von Überhangsstrukturen nach der Entfernung des Stützmaterials,
- Bewertung der Wirtschaftlichkeit der entwickelten Prozessvarianten.