3D-Druck mit Beton – Die Innovation im Ortbetonbau · Fakultät Maschinenwesen, Fakultät Bauingenieurwesen CONPrint3D Concrete on-site 3D-Printing 3 3D-Druck mit Beton - Projekte

Fakultät Maschinenwesen, Fakultät BauingenieurwesenLehrstuhl für Baumaschinen- und Fördertechnik Lehrstuhl für BaubetriebswesenLehrstuhl für Baustoffe

DETAIL„Die Zukunft des Bauens“

München, 24.11.2016

3D-Druck mit Beton – Die Innovation im Ortbetonbau

Gefördert mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung

Fakultät Maschinenwesen, Fakultät Bauingenieurwesen

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3D-Druck mit Beton - Projekte weltweit

Nr. Projekt Land

1 Dr. Khoshnevis: Contour Crafting USA

2 Enrico Dini: D-Shape Italien / USA

3 Shanghai WinSun China

4 Andrey Rudenko / Total Custom: 3D House Concrete Printer USA

5 Loughborough University: Freeform 3D Concrete Printing UK

6 Institute for Advanced Architecture of Catalonia: Minibuilders Spanien

7 TU München: Additive Fertigung durch Extrusion von Holzleichtbeton Deutschland

8 Imprimere AG: Big 3D Printer Schweiz

9 Bet Abram: P3 House Printer Slowenien

10 A. Le Roux: Concrete Printer USA

11 TU Eindhoven: 3DPC Niederlande

12 CyBe Niederlande

… …

Stand der Entwicklung




Andrey Rudenko (Total Kustom, USA)

• gut gedämmte klein- bis mittelgroße Gebäude

• Einsatz auf der Baustelle

• Vision: Drucken von Gebäuden (mit Wohnausstattung)

• Projekte: - Hotelbungalow auf den Philippinen- 10m x 15m großes Einfamilienhaus in Minnesota


Quelle: www.3Dprint.comQuelle: www.totalkustom.com Quelle: www.totalkustom.com




Shanghai WinSun (China)

• verschiedene Gebäude aus gedruckten Fertigteilen

• Zusammensetzung und betontechnologische Eigenschaften unbekannt

Quellen: 3ders.org, yhbm.com





Dubai Future Foundation: Bürogebäude (VAE)

• stationärer 3D-Drucker für Betonbauteile (36 x 12 x 6 m)

• Bürofläche: 250 m²

• Dubai will im Jahr 2030 bis zu 25% aller neuen Gebäude im3D-Druck errichten

• keine Hinweise über Stoffeigenschaften und Technologie


Quelle: www.3druck.com




Analyse zum Stand der Entwicklung

• keine echten Baustellenanwendungen

• wenige wissenschaftliche Fachpublikationen

• wenige bzw. keine Informationen über Baustoff- und Bauteileigenschaften

• keine Angaben zur Drucktechnologie/Druckkopf



CONPrint3DConcrete on-site 3D-Printing

Das Projekt

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Zielsetzung• Entwicklung automatisierter, schalungsfreier Formungssysteme für Beton

• Umsetzung mittels weitestgehend vorhandener Maschinentechnik

• Eignung für Baustellenfertigung

• Entwicklung geeignete Betonrezepturen

• Prozessoptimierung, Wirtschaftlichkeit, Marktpotenzial



Das Projekt

8



Ziele am Lehrstuhl für Baumaschinen- und Fördertechnik

• maschinelle Umsetzung – Großraumrobotik = Autobetonpumpe

• Lösungskonzepte für Betonförderung, Druckkopf, Bewegungs-und Steuermechanismen

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Inhalte



Inhalte

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Steuerungen für Großraumroboter (Betonpumpenmast)

• Entwicklung Steueralgorithmen = Vorgabe Druckkopf-Bewegung (inverse Kinematik - Trajektorie des Tool Center Point - TCP)

• Ansteuerung der Antriebe aus Übertragung der Bauwerksdaten (DGPS)

r

β

zBetonpumpenmast Kinematische Skizze des Mastes & Gelenkwinkel



Inhalte

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Tests mit Serien - Autobetonpumpe

• Feststellung Ist/Soll-Zustand

• Positioniergenauigkeit mit ZV-Tachymetie

• Haltekräfte am Druckkopf



Entwicklung Druckkopf

• Recherchen: keine Hinweise für Lösung

• aktuelle Lösungen = „Strang-Druck“

• Eigener Ansatz = „Profil-Druck“

• Eigenentwicklung erforderlich

• Aufgaben Mischen Fördern Formen

• Anforderungen Oberflächenqualität Fenster, Türen, Ecken, Bögen Druckgeschwindigkeit …

Inhalte



Inhalte

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Ziele am Lehrstuhl für Baustoffe

• Beton mit „Grünstandsfestigkeit“(Formstabilität, Konsistenz)

• Beton mit Endfestigkeiten

Druckfestigkeit

Biegezugfestigkeit



- Definition bauspezifischer Anforderungen (Betontechnologie, Maßtoleranzen, Baustellenbedingungen …)

Datenstrukturen (CAD, Stoffdaten) für Steuerung Druckstrategien (Schichthöhen, Ecken, Fenster, Verbindungen …)- Marktpotentiale im Hochbau, z.B. Baustoffe Wohngebäude 2014:

Ziele am Lehrstuhl für Baubetriebswesen

Die Inhalte: BBW

www.destatis.de; www.genesis.destatis.de

Wohngebäude insgesamt Ziegel Kalksand-

steinPoren-beton

Stahl-beton Holz Leicht-

beton Sonstige

111.610 34.683 24.898 20.334 8.891 16.823 4.108 1.873

100,0% 31,1% 22,3% 18,2% 8,0% 15,1% 3,7% 1,6%

Gesamtersatzpotenzial bei Wohngebäuden: 75,3 %

Tragende Wandfläche: ca. 40.000.000 m2



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Annahme: Druckgeschwindigkeit150 mm/s = 4,5 m/min = 270 m/h (langsam)

Zeitaufwand mit Beton-3D-Druckbei Schichtdicke 5,0 cm: 9,6 h 1 ATZeitaufwand konventionellca. 140,0 h 3 AK á 6 AT

Wirtschaftlichkeit am Beispiel

Beispielgebäude Einfamilienhaus

Gesamtvolumen VBeton= 52,1 m3

Fördermenge pro Stundebei Schichtdicke 5,0 cm: 5,4 m3/h

Inhalte

Kosteneinsparpotential > 30%



Vielen Dank!

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