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TRR 277 - Additive Manufacturing in Construction (AMC)

Seit dem 01.01.2020 forschen Institute aus Braunschweig, München und Hannover im Sonderforschungsbereich (SFB) TRR 277. Der SFB ist auf 4 Jahre angelegt und umfasst 31 Projektleiter aus 24 Instituten. Er trägt den Namen „Additive Manufacturing in Construction (AMC) - The Challenge of Large Scale“ und zielt darauf ab, die additive Fertigung (AM) in interdisziplinärer Grundlagenforschung als neuartige digitale Fertigungstechnologie im Bauwesen umfassend zu untersuchen und damit die Rahmenbedingungen für die Einführung in der Bauwirtschaft zu schaffen. Die additive Fertigung unterscheidet sich grundlegend von den herkömmlichen überwiegend manuellen Fertigungstechniken im Bauwesen, welche auf geringe Lohnkosten ausgelegt sind, zulasten der Materialeffizienz. Ziel von AMC ist es, Material nur dort einzusetzen, wo es eine Funktion erfüllt und damit den Weg für einen ressourceneffizienten Einsatz von Materialien mit hoher Gestaltungsfreiheit im Bauwesen zu bereiten. Da die Bauwirtschaft weltweit einer der größten CO2-Emittenten ist, ist die hocheffiziente Nutzung von Ressourcen im Bauwesen von globaler gesellschaftlicher Bedeutung.

Weitere Informationen zum Sonderforschungsbereich/TRR: www.tu-bs.de/trr277

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Harald Kloft, Institut für Tragwerksentwurf, TU Braunschweig
Prof. Dr.-Ing. Christoph Gehlen, Lehrstuhl für Werkstoffe und Werkstoffprüfung im Bauwesen, TU München

Beteiligte Institute:

  • TU Braunschweig: Institut für Adaptronik und Funktionsintegration (iAF), Institut für Angewandte Mechanik (IAM),  Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB), Institut für Bauwirtschaft und Baubetrieb (IBB), Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF), Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs), Institut für Geodäsie und Photogrammetrie (IGP), Institut für Partikeltechnik (iPAT), Institut für rechnergeschützte Modellierung im Bauingenieurwesen (iRIMB), Institut für Stahlbau (IS), Institut für Tragwerksentwurf (ITE)
  • TU München: TT-Professur für Digitale Fabrikation (DF), Lehrstuhl für Architekturinformatik (AI), Lehrstuhl für Computation in Engineering (CiE), Lehrstuhl für Computergestützte Modellierung und Simulation (CMS), Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml), Lehrstuhl für Gebäudetechnologie und klimagerechtes Bauen (BT)., ehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion (HBB), Lehrstuhl für Metallbau (MB), Lehrstuhl für Statik (st), Lehrstuhl für Werkstoffe und Werkstoffprüfung im Bauwesen (cbm), Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (iwb), Professur für Technikdidaktik (edu)
  • Fraunhofer-Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI): Fraunhofer-Institut für Holzforschung
  • Leibniz Universität Hannover: Institut für Montagetechnik (match)

Projektträger: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Förderdauer / Laufzeit: 4 Jahre

Partikelbett-3D-Druck mittels selektiver Zementaktivierung - Partikeloberflächenfunktionalisierung, Partikelbettverdichtung und Bewehrungsimplementierung (A01)

Das Projekt fokussiert sich auf den 3D-Druck von Stahlbetonbauteilen im Partikelbett. Im Vergleich zu anderen additiven Herstellungsverfahren im Bauwesen besitzen Partikelbett-3D-Druckverfahren nahezu keine Einschränkungen bei der Wahl der Geometrie und ermöglichen eine hohe Auflösung. Um die funktionelle und mechanische Leistung von gedruckten Elementen deutlich zu verbessern, wird in diesem Projekt die Multimaterial-Pulverbettdrucktechniken grundlegend untersucht. Neben der Formgenauigkeit und Auflösung der Bauteile ist die homogene mechanische Eigenschaft eine der größten Herausforderungen hinsichtlich der Anwendbarkeit von Partikelbetttechniken im 3D-Druck. Daher zielt das Projekt auf ein tiefes Prozess- und Materialverständnis ab. Zu diesem Zweck sollen der Fluidintrusionsprozess und die Kontakte zwischen Partikeln und ihren Schichten im Pulverbett sowie zwischen Partikeln und Bewehrung untersucht werden. Partikel und Bewehrung werden auf ihre verfahrenstechnischen Anforderungen maßgeschneidert. Besondere Schwerpunkte sind die Funktionalisierung der Partikeloberfläche, die Verdichtung des Partikelbetts, die Fluidinfiltration in das Partikelbett, der aktive Strukturaufbau der Matrix und die Ausbildung der Grenzfläche zwischen den Partikelbettschichten sowie zwischen Bewehrung und Matrix.

Projektpartner: Institut für Partikeltechnik (TU Braunschweig)

Ansprechpartner: Inka Dreßler, Friedrich Herding

 

Kombinierte additive Fertigungsverfahren für bewehrte Betonbauteile (A04)

Die automatisierte Herstellung von Betonbauteilen mittels additiver Fertigungstechniken ist Gegenstand vieler Forschungseinrichtungen. Im Mittelpunkt stehen dabei Herstellungsverfahren, die Bauteile mittels Extrusion, selektiven Bindetechniken oder Spritzverfahren additiv fertigen. Keines dieser Vorhaben bietet zum jetzigen Zeitpunkt Ansätze bzw. eine Lösungsmöglichkeit Bewehrung in den Herstellungsprozess zu integrieren, sodass die bislang produzierten Bauteile reine Betonbauteile darstellen. Ziel dieses Forschungsvorhaben ist daher die Realisierung eines kombinierten Herstellungsverfahrens additiv gefertigter Betonbauteile mit Bewehrungseinlage. 

Die Bewehrung dient in Bauteilen der Aufnahme von Zugkräften, die sich infolge einer Lastaufbringung auf das Bauteil ergeben. Entsprechend resultieren Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften des Bewehrungsmaterials und dessen Verbundverhalten mit dem umgebenden Beton. Neben den konstruktiven müssen zudem solche Anforderungen berücksichtigt werden, die durch den Fertigungsprozess bedingt sind. In einem kombinierten Herstellungsprozess wird der Fertigungszeitraum der Bewehrungsstäbe zeitlich durch das Erstarrungsverhalten des Betons begrenzt. Die additive Fertigung metallischer Bauteile erfordert darüber hinaus adäquate Anlagentechnik, die auch digitale Planungstechniken umsetzen kann.

Projektpartner: Institut für Tragwerksentwurf und Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
                           (TU Braunschweig)

Ansprechpartner: Niklas Freund, M. Sc.

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