Entwicklung eines adaptierbaren Fertigungsverfahrens für modulare leichte Betonbauteile mittels voll-rezyklierbarer Schalungssystemen

Kreislaufproduktion leichter Betonbauteile

Angesichts des Klimawandels und der zunehmenden Ressourcenknappheit ist die Bauindustrie mit der Notwendigkeit konfrontiert, den Ressourcenverbrauch, die Emissionen und Abfälle deutlich zu reduzieren. Die Anwendung von Leichtbaustrategien in Kombination mit Kreislaufproduktionsprozessen bietet einen umfassenden Lösungsansatz für dieses Problem. Im Rahmen des DFG-geförderten Schwerpunktprogramms SPP 2187: "Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden" befasst sich dieses Projekt mit der Entwicklung eines abfallfreien Produktionsprozesses für leichte Betonbauteile mittels wiederverwertbarer Sandschalungen. Die additive Fertigung von wasserlöslichen Schalungskörpern aus Sand und organischem Bindemittel ermöglicht eine nahezu unbegrenzte Freiheit bei der Gestaltung von gewichtsminimierten Betonstrukturen unter gleichzeitiger Vermeidung von Produktionsabfällen durch die Wiederverwendbarkeit des Schalungsmaterials.

3D-Druck der Schalungen im Pulverbett 

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde eine 3D-Druck-Pilotanlage mit einem 70 cm × 100 cm × 40 cm großen Pulverbett konzipiert und gebaut. Das System ist modular aufgebaut und kann entlang der X-Achse erweitert werden, um die Druckfläche zu vergrößern und weitere Module in die Produktionslinie aufzunehmen. Die Anlage wurde bei der Herstellung von Schalungen für kleine und mittelgroße Stahlbetonbauteile erprobt, darunter topologisch optimierte filigrane Betonbalken mit komplexer Raumstruktur.

PROJEKTTEAM

Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren, Universität Stuttgart
Dipl.-Arch. Daria Kovaleva

Institut für Steuergungstechniques der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen, Universität Stuttgart
Maximilian Nistler M.Sc 

PROJEKTFÖRDERUNG

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) 

VERÖFFENTLICHUNGEN

Kovaleva, D.; Nistler, M.; Blandini, L.; Sobek, W.; Verl, A.:
Rezyklierbare Sandschalungen: Auf dem Weg zur Kreislaufproduktion leichter Betonbauteile
Beton- und Stahlbetonbau (5), 2022, https://doi.org/10.1002/best.202200009

Kovaleva, D.; Nistler, M.; Verl, A.; Blandini, L.; Sobek, W.
Zero-waste Production of Lightweight Concrete Structures with Water-Soluble Sand Formwork
Proceedings of The 3rd RILEM International Conference on Digital Fabrication with Concrete (Digital Concrete 2022), Loughborough, UK, 2022, https://doi.org/10.1007/978-3-031-06116-5_1 

Nistler, M.; Kovaleva, D.; Tepper, L.; Blandini, L.; Sobek, W.; Verl, A.
Camera-based Process Monitoring for Powder Bed Additive Manufacturing in Construction
Proceedings of the 55th CIRP Conference on Manufacturing Systems (CIRP CMS 2022), https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.05.021