Chemnitz. Das Team des Forschungsbereichs „Leichtbau im Bauwesen“ am Institut für Strukturleichtbau der Technischen Universität Chemnitz fertigte den weltweit ersten Schwibbogen mittels 3D-Betondrucktechnologie. Der 120 Zentimeter breite, 60 Zentimeter hohe und 14 Kilogramm schwere Schwibbogen wurde in einem additiven Fertigungsverfahren mit Hilfe von zwei Robotern und auf Basis einer speziellen Rezeptur hergestellt.
In diesem etwas ungewöhnlichen Referenzbauteil eines Forschungsprojektes steckt das Knowhow langjähriger Forschung. Seit über fünf Jahren befasst sich der Bereich „Leichtbau im Bauwesen“ unter Leitung von Prof. Dr. Sandra Gelbrich mit der Entwicklung additiver Fertigungstechnologien zur effizienten Herstellung leichtbaugerechter Betonelemente mit Faserverstärkung.
Basis für den 3D-Betondruck ist ein Komplex aus zwei Robotern. Der erste Roboter generiert den Materialaustrag über die Betonextrusion, wobei durch die Nutzung verschiedener Düsen hohe eine Flexibilität ermöglicht wird. Die Betonfördereinheit besteht aus einer speziellen Mischpumpe und einer Förderschnecke mit Behälter. Der zweite Roboter kann durch den Einbau verschiedener Werkzeuge beispielsweise zum Fräsen, zum Verlegen von Fasersträngen oder für das Positionierung von Ankern genutzt werden.
Bevor die Roboter ans Werk gehen können, kommt im Rahmen der Fertigungsplanung eine spezielle Software zum Einsatz, mit der verschiedene Designvarianten fertigungsgerecht gestaltet werden können. „Mit dieser erfolgt die Erstellung und das parametrische Aufbereiten der Geometrien, die Zerlegung dieser Geometrien in Einzelschichten und die Bahnplanung für die Roboter. Darauf aufbauend werden die finalen Roboterbefehle abgeleitet“, erläutert Enrico Rudolph, Leiter der Arbeitsgruppe „Additive Leichtbautechnologien“ am Forschungsbereich „Leichtbau im Bauwesen“.
Die Idee, Schwibbögen als Referenzbauteil zu drucken, setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gemeinsam mit dem Steinbeis-Innovationszentrums FiberCrete in Chemnitz um, das die geeignete faserbewehrte Betonrezeptur entwickelte. „Dabei kommt es auf die richtige Mischung an, die während der Förderung pumpfähig sein, aber nach dem Austrag schnell ansteifen muss, um den Aufbau mehrerer Schichten zu gewährleisten“, so Henrik Funke, Forschungs- und Entwicklungsleiter von FiberCrete. (Autor: Mario Steinebach)
