TOP-STORE: Materialeffiziente und sortenrein rezyklierbare Anwendung von Beton-3D-Druck im Infrastrukturbereich
Geometrisch sehr komplexe Tagwerke und Bauelemente können durch die Verwendung numerisch gesteuerter Fertigungstechniken mit deutlich weniger Material- und Arbeitsaufwand hergestellt werden als noch vor einigen Jahren. Im Betonbau scheint sich der 3D-Druck zu einer disruptiven Fertigungsmethode zu entwickeln, die, neben betriebswirtschaftlichen Vorteilen, großes Potenzial in Hinblick auf die gestalterische Freiheit und gleichzeitig materialreduzierende Optimierung der Bauteile bietet. Jedoch gibt es dabei auch einige entscheidende Nachteile, wie der nicht gelösten Frage der Bewehrungsintegration und anderer fertigungstechnischer Einschränkungen, die eine Substitution tradierter Betonbauweisen zum aktuellen Stand ausschließt.
Ziel des Projekts ist, sich die geometrische Freiheit bei der Fertigungstechnik zu Nutze zu machen und mit Formfindungs- und Optimierungsroutinen den Kraftfluss in den Bauteilen zu steuern. Durch den digital-parametrische Workflow können Momentbeanspruchungen im Tragsystem reduziert und Belastungsarten in den Bauteilen entsprechend der Materialeigenschaften gesteuert werden. Die resultierenden räumlichen Flächentragwerke können aus gedrucktem Beton in Kombination mit verbundloser, nachträglich aufgebrachter Vorspannung hergestellt werden. Dabei werden Vorzüge des Beton-3D-Drucks in neuem Maß genutzt und Fortschritte sowohl in der Planung, Produktion, Ressourcenverbrauch, als auch der Recyclingfähigkeit erreichet. Die digitale Entwicklungsumgebung ermöglicht die vertikale Integration aller Planungs- und Simulationsschritte in ein Gesamtmodell und die direkte Anbindung an die Fertigung. Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts liegt auf der konstruktiven Durcharbeitung der Verbindung von in-situ gedruckten, unbewehrten Betonstrukturen und den nachträglich installierten Spanngliedern.
Der Fokus am Lehrstuhl ist der theoretische Unterbau und die Entwicklung der parametrischen Prozesskette. Entsprechende Mockups werden von Verbundpartnern aus der Industrie auf Praktikabilität und Belastbarkeit geprüft. Erste avisierte Anwendung soll ein sensibler Wärmespeicher sein.