Wer schon einmal in einen Hausbau involviert war, weiß, dass es jede Menge Zeit, Ressourcen und Nerven braucht, bis die Wände stehen und das Bauwerk bezugsfertig ist. Doch nicht nur das! Der häufig verwendete Zement wirkt sich negativ auf die Umwelt aus und das moderne Bauwesen ist auf umweltfreundliche Lösungen angewiesen. Um eine grüne Alternative zu schaffen, hat eine Gruppe von ETH-Forschern in interdisziplinärer Zusammenarbeit ein neues Verfahren entwickelt, das nachhaltiges Baumaterial in beeindruckender Geschwindigkeit druckt. Mit „Impact Printing“ wollen die Forschenden einen echten Unterschied machen und zirkuläre, kohlenstoffarme Materialien druckbar machen.
Impact Printing ist ein schnelles und robotergestütztes Druckverfahren, das den Druck von frei geformten Strukturen ermöglicht. Dazu entwickelten die ETH-Forschenden zunächst ein maßgeschneidertes Druckwerkzeug, das portionierte Materialmassen ausstößt und in einer Geschwindigkeit von 10 m/s ablegt. Das Prinzip der kontrollierten, schnellen Ablagerung begünstigt die Verbindung zwischen den Teilen. Pausen, wie sie beim Schicht-für-Schicht-Druck nötig sind, erübrigen sich. So können ein- bis zweistöckige Strukturen oder Säulen in hoher Geschwindigkeit gedruckt werden.
Beim Impact Printing werden Materialportionen in hoher Geschwindigkeit platziert.
Als Material verwendeten die Forscher eine nachhaltige Mischung, die zu 75 % aus ökologischem Aushubmaterial und gewöhnlichen Abfällen besteht, und vom Industriepartner Eberhard AG stammen. Dieser Basis wurden auch Schluff und Ton beigemischt. Die Materialzusammensetzung ist variabel und befindet sich derzeit noch in Entwicklung. Außerdem planen die Forscher unterschiedliche Mischungen für verschiedene Anwendungen. Grundsätzlich sollten sich die Materialkombinationen aus Lehm und Erde zusammensetzen, da diese billig, nachhaltig und weitläufig verfügbar sind.
Das entwickelte Druckwerkzeug wurde so konzipiert, dass es direkt an eine Baustelle transportiert werden und dort in eine Roboterplattform integriert werden kann. Die Forschergruppe testete die entwickelten Ansätze im Robotic Fabrication Laboratory der ETH Zürich. Es konnten bereits zwei Meter hohe Prototypen gedruckt werden und der nächste Schritt besteht darin, den Aufbau in einen autonomen HEAP Bagger zu integrieren. Um die Freiform-Strukturen zu realisieren, entwickelten die ETH-Forschenden außerdem eine digitale Design- und Konstruktionsstrategie.
Ziel der Forschung ist es nicht nur, schnelle, günstige und ökologische Alternativen zum herkömmlichen Bauwesen aufzuzeigen, sondern auch, den Bedarf an Fachkräften zu reduzieren und die Bauzeit zu senken. Impact Printing zeigt auf, welches Potential mobile Roboterkonstruktionen im Bereich des umweltfreundlichen Bauens bergen und wie natürliche Ressourcen effektiv genutzt werden können. Dafür wurde das Projekt bereits 2023 bei der Pioneers Challenge in der Kategorie „Architektur“ ausgezeichnet. Weitere Informationen zum Impact Printing finden Sie HIER.
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*Bildnachweise: Gramazio Kohler Research / ETH Zürich