{"id":60978,"date":"2025-01-30T00:01:10","date_gmt":"2025-01-29T23:01:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=60978"},"modified":"2025-01-30T11:01:41","modified_gmt":"2025-01-30T10:01:41","slug":"biegsamer-beton-ingenieure-entwickeln-material-3d-druck-bauwesen-300120251","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/biegsamer-beton-ingenieure-entwickeln-material-3d-druck-bauwesen-300120251\/","title":{"rendered":"Biegsamer Beton? UNM-Ingenieure entwickeln Material f\u00fcr 3D-Druck im Bauwesen"},"content":{"rendered":"

Beton, das beliebteste Material f\u00fcr den 3D-Druck im Baugewerbe<\/a>, erh\u00e4lt dank der Forschung an der University of New Mexico (UNM) ein Upgrade. Dort patentierten Forscher ein biegsames Betonmaterial, das speziell f\u00fcr den 3D-Druck entwickelt wurde. Dies war nicht das einzige Forschungsprojekt, das im Jahr 2024 zur Optimierung des 3D-Drucks von Beton durchgef\u00fchrt wurde. Forscher der Nanyang Technological University in Singapur (NTU Singapur) sorgten bereits f\u00fcr Schlagzeilen, da sie eine Technik f\u00fcr den 3D-Betondruck<\/a> entwickelten, die in der Lage ist, Kohlenstoff zu binden.<\/p>\n

Beton ist stark und h\u00e4lt Druck gut aus. Aber wenn es zu Spannungen kommt, h\u00e4lt das Material nicht stand. Er ist spr\u00f6de und bricht daher leicht. Selbst wenn er mit Stahl bewehrt ist, muss er regelm\u00e4\u00dfig repariert werden, egal ob es sich um Geb\u00e4ude, Br\u00fccken oder Gehwege handelt. Ein Beton mit besseren Dehnungseigenschaften, wie der an der UNM entwickelte, k\u00f6nnte den Bau st\u00e4rkerer Infrastrukturen erm\u00f6glichen, die l\u00e4nger halten und weniger kostspielig in der Instandhaltung sind. Dies k\u00f6nnte vor allem in Gebieten von Bedeutung sein, die anf\u00e4llig f\u00fcr Naturkatastrophen wie Erdbeben sind, die die Geb\u00e4ude seitlich belasten.<\/p>\n

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Muster des biegsamen, 3D-gedruckten Betons. (Bild: UNM)<\/p><\/div>\n

Laut der UNM-Mitteilung \u00fcber die Forschung haben Wissenschaftler weltweit versucht, Materialien<\/a> und Verfahren zu entwickeln, die diese Probleme l\u00f6sen k\u00f6nnten. Einige Strukturen wurden bereits teilweise mit 3D-Druckern<\/a> gebaut, aber bisher erfordern die meisten Verfahren die Platzierung von Materialien wie Balken oder Bewehrungsst\u00e4ben, was die Automatisierung, die der 3D-Druck bieten sollte, einschr\u00e4nkt. Um etwas ohne eine solche Unterst\u00fctzung zu drucken, muss das Druckmaterial stark genug sein, um sich selbst zu st\u00fctzen und gleichzeitig f\u00fcr die Extrusion geeignet sein.<\/p>

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Maryam Hojati, Assistenzprofessorin an der Gerald-May-Abteilung f\u00fcr Bau-, Konstruktions- und Umwelttechnik, suchte nach einer L\u00f6sung. Ihr wissenschaftlicher Mitarbeiter Muhammad Saeed Zafar erl\u00e4uterte ihre Aufgabe: \u201eWenn es uns gelingt, ultrahochduktiles Material zu entwickeln, ohne herk\u00f6mmliche Stahlst\u00e4be zu verwenden, [wird] das Problem der Unvertr\u00e4glichkeit von Bewehrung mit dem 3D-Druckverfahren<\/a> gel\u00f6st.\u201c<\/em><\/p>\n

Wie wurde die Betonmischung hergestellt?<\/h3>\n

Der Schl\u00fcssel dazu waren die Fasern. Zafar stellte Betonmischungen mit unterschiedlichen Mengen an Fasern her, die er dann pr\u00e4zise mischte, abma\u00df und druckte, um ihre Funktionsf\u00e4higkeit zu testen. Der Prozess war kompliziert: Zu wenig Fasern f\u00fchrten dazu, dass die Drucke in sich zusammenfielen, und zu viel Fasern f\u00fchrten dazu, dass die Mischung nicht leicht durch den Drucker lief.<\/p>\n

Zafar druckte viele konkrete Designs, darunter kleine Strukturen, Prismen und Hundeknochenformen. Nach dem Druck wurden diese Entw\u00fcrfe auf ihre Biege- und direkte Zugfestigkeit gepr\u00fcft. Dieser Prozess wurde dann wiederholt, und das Team stellte verschiedene Mischungen mit Materialien wie Polyvinylalkohol, Flugasche, Silikastaub und Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht her.<\/p>\n

Die daraus resultierende Substanz, die sie als \u201eselbstverst\u00e4rktes ultra-duktiles zementartiges Material\u201c bezeichneten, wurde im August 2024 von UNM Rainforest Innovations im Namen von Hojati, Zafar und Amir Bakhshi, der zu Beginn der Projektentwicklung als Forschungsassistent t\u00e4tig war, patentiert. In dem Patent f\u00fchren sie vier verschiedene Mischungen mit einer bis zu 11,9 Prozent h\u00f6heren Belastbarkeit auf.<\/p>\n

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\u201eAufgrund der gro\u00dfen Mengen an kurzen Polymerfasern in diesem Material kann es den gesamten Beton zusammenhalten, wenn er einer Biege- oder Zugbelastung ausgesetzt wird\u201c, so Hojati. \u201eWenn wir dieses Material in gr\u00f6\u00dferem Ma\u00dfstab einsetzen, k\u00f6nnen wir den Bedarf an externer Bewehrung f\u00fcr die gedruckte Betonstruktur minimieren.\u201c<\/p>\n<\/blockquote>\n

Das Transportation Consortium of South-Central States (Tran-SET) und das University Transportation Center der Region Six gew\u00e4hrten Zusch\u00fcsse, um die Entwicklung einer biegsamen, druckbaren beton\u00e4hnlichen Substanz zu finanzieren. Die UNM berichtete, dass die Finanzierung zu drei Forschungsprojekten f\u00fchrte: \u201edie Entwicklung eines 3D-druckbaren technischen Zementmaterials, die Bewertung der Eigenschaften des Materials in frischem und geh\u00e4rtetem Zustand und die Entwicklung eines 3D-druckbaren \u00d6ko-Betons\u201c. Nachdem die ersten beiden Projekte abgeschlossen waren, haben die Forscher das Material erfolgreich entwickelt und zum Patent angemeldet.<\/p>\n

Was k\u00f6nnte biegsamer Beton f\u00fcr den 3D-Druck im Bauwesen bedeuten?<\/h3>\n

Dieses selbstverst\u00e4rkte, ultraz\u00e4he Zementmaterial w\u00e4re optimal f\u00fcr den 3D-Druck von Geb\u00e4uden und anderen Infrastrukturen<\/a> geeignet und w\u00fcrde eine gr\u00f6\u00dfere Widerstandsf\u00e4higkeit gegen\u00fcber Naturkatastrophen, eine geringere Wartungsh\u00e4ufigkeit und eine st\u00e4rkere Automatisierung des Baus erm\u00f6glichen. Hojati hat jedoch auch den Weltraum im Visier. Zurzeit ist sie an mehreren Projekten beteiligt, die sich mit den Herausforderungen des Weltraumbaus befassen und bei denen der 3D-Druck eine Rolle spielen k\u00f6nnte.<\/p>\n