Additive Fertigung im Bauwesen

Im traditionellen Bauwesen werden Architektur, Konstruktion und Fertigung meistens nacheinander angegangen, was zu übermäßigem Materialeinsatz und Ineffizienz führen kann. Das C02-Projekt: 3D Structural Puzzle stellt sich dieser Herausforderung mit einem Holistic Design Framework (HDF), einem innovativen Ansatz, der fortschrittliches rechnergestütztes Design, Optimierungsansätze und additive Fertigung vereint. Dadurch ermöglicht das HDF ressourceneffiziente Designs, die technisch fortschrittlich, materialeffizient und damit ökologisch nachhaltig sind. Eine zentrale Komponente des HDF ist der Diskrete Optimierungsansatz (DOA), eine Methode zum Entwurf von Tragwerken, die auf grafischer Statik basiert - ein visueller Ansatz um den Kräfteverlauf durch ein Tragwerk auszuwerten. Mit dieser Methode können Entwerfende die Form eines Tragwerks und die interne Kraftverteilung intuitiv beeinflussen, was zu Entwürfen mit außergewöhnlicher struktureller Leistung führt. DOA ist sowohl schnell als auch anpassungsfähig, kann verschiedene Materialien berücksichtigen und lässt sich leicht mit fortschrittlichen Optimierungstechniken verbinden. Ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung von HDF und DOA ist der Bridge the Gap-Demonstrator, eine additiv gefertigte Fußgängerbrücke, die nur auf Druck beansprucht wird. Die Brückensegmente wurden mit einem Pulverbettverfahren für zementbasierte Materialien, der sogenannten Selective Paste Intrusion (SPI), hergestellt. Dieses Projekt zeigt, wie die Kombination von DOA mit fortschrittlicher Optimierung und additiver Fertigung den Materialverbrauch reduzieren und gleichzeitig die Tragfähigkeit gewährleisten kann. 

Mitwirkende:
Christiane Richter, Prof. Dr. Pierluigi D'Acunto, Professorship of Structural Design, TUM School of Engineering & Design, Technical University Munich
Philipp Jakobs, Prof. Dr.-Ing. habil. Roland Wüchner, Professorship of Structural Design, TUM School of Engineering & Design, Technical University Munich 

Förderprogramm:
Diese Forschung wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unter der Projektnummer 414265976 - TRR 277: Additive Manufacturing in Construction unterstützt. 

Laufzeit:
01.2024 - 12.2027

Zugehörige Publikationen:
Schneider, Phillip, Dietrich, Sebastian, Richter, Christiane, Najian Asl, Reza, Straßer, Alexander, Kränkel, Thomas, Bletzinger, Kai-Uwe, Gehlen, Christoph, Kloft, Harald, D’Acunto, Pierluigi, & Dörfler, Kathrin: Fabrication-Aware Design Method and Experimental Assessment of a Segmented Concrete Pedestrian Bridge Using SPI Technology. In RILEM Bookseries (Vol. 53, pp. 362–369), 2024 mehr…