Beton aus dem 3D-Drucker

Forscherinnen und Forschern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, filigrane, bionische Strukturen aus Beton zu drucken. Prototyp ist ein mit 3D-Druck gefertigtes Bauteil: eine 20 cm hohe, dünnwandige Betonröhre, in deren Inneren sich filigrane Verstrebungen befinden, die das Gebilde stabilisieren. Vorbild für den Entwurf waren Vogelknochen, die sehr dünn und leicht, aber trotzdem stabil sind. Materialuntersuchungen haben gezeigt, dass die Röhre Kräften von 50 N/mm² standhält. Damit ist das gedruckte Material genauso stabil wie herkömmlich gegossener Beton.

Das Team hat für die Fertigung ein additives Verfahren eingesetzt: das selektive Binden. Dünne Sandschichten werden Lage für Lage an den Punkten, an denen die massive Struktur entstehen soll, mit einem Gemisch aus Zement und Wasser getränkt. Nach dem Abbinden aller Schichten lässt sich der überschüssige Sand entfernen. Übrig bleibt die gewünschte Betonstruktur. Derzeit entwickelt das Team mit Partnern aus der Industrie einen 3D-Drucker, dessen Druckkopf mit mehreren tausend Düsen ausgestattet sein soll. Mit dem Gerät können dann erstmals Bauteile von etwa 10 m³ gefertigt werden.

Eine Alternative zum selektiven Binden ist das Extrusions-Verfahren, mit dem sich fertig gemischter Beton verarbeiten lässt. Für die Verarbeitung eines Holz-Leichtbetons haben die Forscherinnen und Forscher an der  TUM eine Extrusions-Anlage konzipiert und gebaut: Die Mischung aus Zement, Holz und Wasser wird durch eine Düse gepumpt – auf diese Weise wird der Beton zu etwa 2 cm dicken Strängen geformt. Die Düse ist an einem Roboterarm befestigt, der, gesteuert durch einen Computer, die Stränge so aufeinander legt, dass sich die gewünschte Struktur bildet. Mit Hilfe des Extrusions-Verfahrens konnte das Team bereits einen 1,5  m breiten und 1 m hohen Prototypen aus Holz-Leichtbeton fertigstellen. Dieser ist genauso belastbar und wärmedämmend wie handelsüblicher Poren-Beton. HolzLeichtbeton lässt sich leicht sägen, fräsen und bohren. Die Forschung wird vom Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion in Zusammenarbeit mit dem Centrum Baustoffe und Materialprüfung durchgeführt und u. a. von der Forschungsinitiative Zukunft Bau (BMUB) gefördert.