{"id":26695,"date":"2021-01-20T00:01:26","date_gmt":"2021-01-19T23:01:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=26695"},"modified":"2021-04-08T17:10:34","modified_gmt":"2021-04-08T15:10:34","slug":"3d-drucker-beton-200120211","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/3d-drucker-beton-200120211\/","title":{"rendered":"Wie funktioniert ein 3D-Drucker f\u00fcr Beton?"},"content":{"rendered":"

In den letzten Jahren hat die Rolle der additiven Fertigung<\/a> in der Baubranche zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere 3D-Drucker f\u00fcr Beton haben bei Architekten und Baufirmen kontinuierlich an Popularit\u00e4t gewonnen. Beton ist nach Wasser der am h\u00e4ufigsten verwendete Stoff der Welt. Beton ist ein Verbundwerkstoff<\/a>, der aus Wasser, einer zementartigen Verbindung und Zuschlagstoffen (feine und grobe Partikel aus Sand, Kies, Schotter und \u00e4hnlichen Substanzen) besteht, die alle im \u00dcberfluss vorhanden sind. Als solches ist Beton ein kosteng\u00fcnstiges und daher sehr beliebtes Material. Allerdings sind die 3D-Drucker f\u00fcr Beton selbst teuer. Maschinen, die f\u00fcr den Bau entwickelt wurden, liegen preislich irgendwo zwischen 180.000 $ und \u00fcber 1 Million $. Nichtsdestotrotz bietet die Verwendung eines Beton 3D-Druckers mehrere Vorteile gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen Fertigungsmethoden. Er ist schneller, billiger, sicherer und effizienter. Ein Beton 3D-Drucker produziert nicht nur minimalen Abfall, sondern reduziert auch die Anzahl der vor Ort ben\u00f6tigten aktiven Teilnehmer sowie die L\u00e4nge der Lieferketten erheblich. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen mit einem Beton 3D-Drucker Konstruktionen mit einem deutlich h\u00f6heren Grad an Belastbarkeit und geometrischer Komplexit\u00e4t realisiert werden.<\/p>\n

Ein Standard Beton 3D-Drucker funktioniert sehr \u00e4hnlich wie ein Standard FDM<\/a>-Drucker. Das liegt vor allem daran, dass beide Technologien auf der Materialextrusion basieren. Daher \u00e4hneln sich ihre Prozesse stark: Zun\u00e4chst wird ein digitales 3D-Modell mit einer 3D-Modellierungssoftware<\/a> erstellt; das Modell wird dann mit Hilfe eines Slicer<\/a> in Scheiben geschnitten und in G-Code \u00fcbersetzt; der G-Code steuert dann den Druckkopf, der das aus einem Zementmischer gepumpte Material schichtweise auftr\u00e4gt, bis das endg\u00fcltige St\u00fcck hergestellt ist. Ein typischer Beton 3D-Drucker ist f\u00fcr die additive Fertigung von Teilen durch Materialextrusion ausgelegt und besteht aus einem Roboterarm, der mit einem Ende am Druckkopf und mit dem anderen Ende entweder an einem Portal oder einem kran\u00e4hnlichen Roboterarmsystem befestigt ist. Je nach Typ des 3D-Druckers variieren dessen Design, F\u00e4higkeiten und Verfahren. Jeder hat seine eigenen Vor- und Nachteile, abh\u00e4ngig von der gew\u00fcnschten Anwendung. Das Bauvolumen, die Druckaufl\u00f6sung, die Praxistauglichkeit und die Effizienz eines Beton 3D-Druckers variieren je nach System, Technologie, Hersteller und Verwendungszweck.<\/p>\n

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3D-Druck von Beton spart Kosten und Zeit (Bildnachweis: Mike Jazdyk)<\/p><\/div>\n

Gantry Beton 3D-Drucker<\/h3>\n

Der Begriff Gantry kommt von der portalartigen \u00dcberkopfkonstruktion, die den Drucker tr\u00e4gt. W\u00e4hrend diese Art von Beton 3D-Drucker eine beliebte Wahl f\u00fcr kommerzielle Bauprojekte ist, werden sie f\u00fcr kleinere Projekte nur selten eingesetzt, vor allem aufgrund der Gr\u00f6\u00dfe und der damit verbundenen eingeschr\u00e4nkten Portabilit\u00e4t sowie des technischen Aufwands f\u00fcr den Auf- und Abbau. Diese Art von Beton 3D-Druckern arbeitet typischerweise mit einem kartesischen Koordinatensystem, das aus x-, y- und z-Achsen besteht. Diese Achsen werden durch die Schienen und Balken der Tragstruktur definiert. Die x-Achse entspricht der L\u00e4nge der Schienen, die den Drucker vorw\u00e4rts und r\u00fcckw\u00e4rts bewegen, w\u00e4hrend die y-Achse der L\u00e4nge der Schiene entspricht, die den Druckkopf tr\u00e4gt und die S\u00e4ulen verbindet, die wiederum durch die z-Achse definiert sind und sich auf und ab bewegen.<\/p>

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Auf dieser Basis funktioniert zum Beispiel der 3D-Drucker von ICON, der Vulcan II<\/a>. Mit einem Bauvolumen von 260 x 850 x 260 cm und einem Gewicht von rund 1,7 Tonnen ist der Drucker etwa 2,5 Meter hoch und 8,5 Meter breit. Die Maschine verwendet ausschlie\u00dflich das von ICON<\/a> entwickelte Betonmaterial Lavacrete. Wie die meisten gro\u00dfen Beton 3D-Drucker ist auch der Vulcan II mit einem Preis von knapp 250.000 Dollar teuer. Trotzdem senkt die additive Fertigung die Baukosten erheblich, so dass sich viele Bauunternehmen f\u00fcr die Miete der Maschine entscheiden. Im Jahr 2019 baute ICONs Drucker erfolgreich ein Haus f\u00fcr unter $4000, in nur 24 Stunden.<\/p>\n

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Der Vulcan II von ICON verf\u00fcgt \u00fcber ein Gantry-System mit X-, Y- und Z-Achse. (Credit: ICON)<\/p><\/div>\n

Beton 3D-Drucker mit Roboterarm<\/h3>\n

Ein mechanisierter oder Roboterarm Beton 3D-Drucker wird von einer kranartigen Struktur getragen und arbeitet typischerweise auf 6 Achsen. Dies bedeutet, dass es m\u00f6glich ist, komplexere Geometrien und h\u00f6her aufgel\u00f6ste Teile zu erstellen, als dies mit einer Gantry-basierten Maschine m\u00f6glich ist. Diese Art von 3D-Druckern hat auch den zus\u00e4tzlichen Vorteil, dass sie portabel und kompakt sind und sich daher leichter auf- und abbauen lassen. In der Vergangenheit hatten diese Drucker ein begrenztes Bauvolumen und waren daher auf die Herstellung kleinerer Teile beschr\u00e4nkt. J\u00fcngste Fortschritte haben die Entwicklung von Maschinen mit gr\u00f6\u00dferem Bauvolumen erm\u00f6glicht, die mit Gantry-Druckern konkurrieren k\u00f6nnen. Roboterarm-Drucker sind tendenziell teurer als solche mit Gantry-Systemen.<\/p>\n

Das russische Startup Apis Cor<\/a> machte 2018 Schlagzeilen, nachdem es ein 400-Quadratmeter-Haus gebaut hatte, das von Grund auf mit seinem propriet\u00e4ren Roboterarm Beton 3D-Drucker gebaut wurde. Das Projekt wurde in nur 24 Stunden in Moskau fertiggestellt und kostete nur 10.000 $. Zwei Jahre sp\u00e4ter machte das Unternehmen erneut Schlagzeilen, nachdem es mit seiner propriet\u00e4ren additiven Fertigungstechnologie erfolgreich das gr\u00f6\u00dfte 3D-gedruckte Geb\u00e4ude der Welt in Dubai<\/a> gebaut hatte.<\/p>\n

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Der Beton-3D-Drucker mit Roboterarm von Apis Cor hat 6 Achsen. (Bildnachweis: Apis Cor)<\/p><\/div>\n

Ein letztes Wort<\/h3>\n

Trotz des weit verbreiteten Irrglaubens, dass ein Geb\u00e4ude komplett mit einem Beton 3D-Drucker hergestellt werden kann, werden in der Regel nur die W\u00e4nde und Fundamente additiv gefertigt. Nichtsdestotrotz hat der 3D-Betondruck<\/a> einen enormen Einfluss auf die Bauindustrie. Vor allem in den letzten zehn Jahren sind mehrere Bauunternehmen entstanden, die sich auf die additive Fertigung von Beton spezialisiert haben. Das deutsche Unternehmen PERI hat das erste 3D-gedruckte Wohnhaus Deutschlands mit dem von COBOD entwickelten BOD2 gebaut und hat inzwischen ein dreist\u00f6ckiges Wohnhausprojekt angek\u00fcndigt, das bereits mit dem Bau begonnen hat und eine Fl\u00e4che von 380 Quadratmetern haben wird. Beton 3D-Drucker wurden bereits in mehreren L\u00e4ndern auf der ganzen Welt f\u00fcr den Bau von Wohnh\u00e4usern eingesetzt, darunter in Deutschland, Belgien, Dubai, Marokko und Frankreich sowie f\u00fcr ein B\u00fcro in D\u00e4nemark.<\/p>\n

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Die rasante Entwicklung der Beton 3D-Drucktechnologie hat zu einigen beeindruckenden Innovationen gef\u00fchrt. Zum Beispiel hat Twente Additive Manufacturing (TAM) Gantry- und Roboterarmsysteme kombiniert, um einen 9-Achsen-Drucker zu bauen, der die standardm\u00e4\u00dfigen 6 Achsen eines Beton 3D-Druckers mit Roboterarm sowie die zus\u00e4tzlichen kartesischen Achsen f\u00fcr Elevation, Translation und Rotation des Gantry-Systems umfasst. Mehrere dieser Fortschritte haben weltweit bedeutsame Anwendungen f\u00fcr Themen wie Obdachlosigkeit und die Erhaltung nat\u00fcrlicher Ressourcen.<\/p>\n

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