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Partikelbettbasiertes 3D-Drucken mit Selective Paste Intrusion (SPI) – Partikel-Oberflächenfunktionalisierung, Partikelsynthese und Integration von Verstärkung durch WAAM

Entwicklung und Produktion neuer und maßgeschneiderter Partikel für die Kombination der Prozesse SPI und WAAM im Bereich 3DP von Betonbauteilen

Fördergeber: DFG

Ansprechpartner : Leigh Duncan Hamilton

Zusammenfassung des Gesamtprojektes:

Während additive Fertigungsverfahren (AF) heute in vielen Bereichen der Produktion zum Stand der Technik gezählt werden, sind sie im Bereich des Bauwesens jedoch noch nicht dem Stand der Forschung entwachsen. Der Vorteil an AF ist, dass beliebig frei geformte Bauteile ohne spezielle Werkzeuge erzeugt werden können und somit die Produktionskosten unabhängig von der Komplexität und Stückzahl der Bauteile werden.
Dieses Projekt ist Teil des DFG Sonderforschungsbereichs „TRR 277 Additive Manufacturing in Construction (AMC)“ und befasst sich mit der Kombination zweier 3D-Druck-Prozesse: Selective Cement Paste Intrusion (SPI) und Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM). SPI ist ein selektiv bindendes Verfahren zur Herstellung von Beton, indem schichtweise Sand als Trockenmaterial ausgebracht und die Verfestigung durch lokale Intrusion mit Zementleim erreicht. Im Gegensatz zum SPI wird WAAM in diesem Projekt als Bewehrung eingesetzt. WAAM nutzt Lichtbogenschweißen zum schichtweisen Aufbau eines Bauteils. 

Abb. 1: Schematische Darstellung der Kombination aus SPI und WAAM
 
Die Hürden und Hindernisse, einhergehend mit der Kombination aus SPI und WAAM, sind zahlreich, wobei eine Herausforderung besonders heraussticht: Der Prozess des WAAMs ist mit erhöhten Temperaturen (ca. 1600 °C) gekoppelt. Eine wesentliche Beeinträchtigung des Intrusionsverhaltens des Zementleims und der Festigkeit des Betons ist hierdurch zu erwarten.
Aus diesem Grund wird seitens iPAT an der Entwicklung maßgeschneiderter Partikel für die Kombination von SPI und WAAM geforscht. Zum einen sollen Partikelgröße sowie –morphologie, sowohl für das Aggregat als auch für die Zementpaste, mit Hilfe von Zerkleinerungsmaschinen gezielt beeinflusst werden können. Zum anderen werden die Komponenten des Betons mit Additiven gemischt oder beschichtet, um die Kühlung im Prozess zu unterstützen bzw. den Wasserverlust des Zementleims zu kompensieren.
 

Abb. 2: Links: Versuchsstand zur Temperaturverteilung in Schüttung; Rechts: Aufnahme der Temperaturentwicklung durch WAAM
 
Projektpartner
Lehrstuhl für Werkstoffe und Werkstoffprüfung im Bauwesen und Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der TU München


AG – Mitarbeiter

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