{"id":11481,"date":"2021-02-20T13:30:18","date_gmt":"2021-02-20T12:30:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.fachbau.ch\/?p=11481"},"modified":"2021-02-20T13:30:18","modified_gmt":"2021-02-20T12:30:18","slug":"digitale-schnittstelle-fuer-den-3d-druck-mit-beton","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fachbau.ch\/de\/die-baustellen\/2021-02-20\/digitale-schnittstelle-fuer-den-3d-druck-mit-beton\/","title":{"rendered":"Digitale Schnittstelle f\u00fcr den 3D-Druck mit Beton"},"content":{"rendered":"
\"Die
Die Projektleiter Hang-Pin Thi von Creabeton Mat\u00e9riaux und Manuel Aeschbacher vom Institut f\u00fcr Drucktechnologie der BFH.<\/figcaption><\/figure>\n

Seit einigen Jahren lassen sich mit neuartigen Druckverfahren auch dreidi-mensionale Objekte herstellen. Das Potenzial der \u00abadditiven Fertigungsver-fahren\u00bb scheint nahezu grenzenlos. Die Technik erm\u00f6glicht die Herstellung komplexer Formen aus Kunststoffen, Metallen und weiteren Materialien \u2013 und dies in vielen F\u00e4llen (insbesondere bei Einzelst\u00fccken oder Kleinserien) deutlich schneller als bei traditionellen Produk-tionsmethoden. Bei aller Begeisterung gilt es allerdings auch zu relativieren. Es m\u00fcssen einige Voraussetzungen erf\u00fcllt sein, damit der 3D-Druck als alternatives Fertigungsverfahren infrage kommt. Praktisch jede Branche versucht derzeit, die Potenziale auszuloten: Was ist technisch m\u00f6glich, welche Bed\u00fcrfnisse hat der Markt und wie rechnet sich eine Investition in die neue Technologie?<\/p>\n

Anspruchsvolles Material Beton<\/strong><\/p>\n

Eine besondere Herausforderung ist das Drucken von dreidimensionalen Objekten aus Beton. Beton hat ganz andere Eigenschaften als andere 3D-Druckmate-rialien wie Kunststoffe oder Metalle: Er muss frisch anger\u00fchrt und in m\u00f6glichst \ufb02\u00fcssigem Zustand verarbeitet werden, soll sich nach dem Austritt aus der Druckerd\u00fcse aber rasch verfestigen, um von der darauffolgenden respektive dar\u00fcber liegenden Betonschicht nicht verformt zu werden. Eine weitere Eigenheit des Betondrucks liegt darin, dass es schwierig ist, den Druckvorgang zu unterbrechen, weil dabei der Beton an der Austritts\u00f6ffnung schnell aush\u00e4rtet und die D\u00fcse verstopfen kann. Wegen dieser und weiterer Einschr\u00e4nkungen muss der Betondrucker \u2013 ein Industrie-roboter mit Speziald\u00fcse \u2013 mit einer Software gesteuert werden, die sich wesentlich von herk\u00f6mmlichen Slicern f\u00fcr Metall-oder Kunststoffdrucker unterscheidet. Im Auftrag der Firma Crea-beton Mat\u00e9riaux entwickelt das Institut f\u00fcr Drucktechnologie der BFH derzeit eine betonspezi\ufb01sche Slicer-Software.<\/p>\n

\"Der
Der Formenfreiheit mit dem 3D-Betondruck sind kaum Grenzen gesetzt.<\/figcaption><\/figure>\n

Rechenaufgabe im virtuellen Raum<\/strong><\/p>\n

Die Aufgabe des Slicers besteht darin, aus dem digitalen Modell des zu drucken-den Objekts die Fahrbefehle f\u00fcr den Roboter sowie andere Steuersignale zu generieren. Dazu muss zuerst das Modell virtuell in Scheiben geschnitten werden (engl. to slice). Jede Ebene besteht aus einzelnen Punkten, die Polygone (Vielecke) bilden, wenn sie miteinander in der richtigen Abfolge verbunden werden. Jedes Polygon entspricht dabei einer geschlossenen Fahrspur des Roboters. Je mehr Polygone eine Ebene aufweist, desto breiter wird die Druck\ufb02\u00e4che, also beispielsweise die Wand eines Beh\u00e4lters. Sind alle Polygone einer Ebene abgefah-ren, wechselt der Roboter zur n\u00e4chsth\u00f6-heren. Dabei muss der Slicer verschiede-ne Parameter ber\u00fccksichtigen, darunter die Eigenschaften und die Verf\u00fcgbarkeit des Betons, die Geometrie des Objekts und unter Umst\u00e4nden sogar die Umge-bungsbedingungen (Temperatur, Luft-feuchtigkeit).<\/p>\n

Testen und optimieren<\/strong><\/p>\n

Der von der BFH entwickelte Slicer ist also die digitale Schnittstelle zwischen dem 3D-Modell und dem Druckroboter. Mit den CAD-Daten des Modells und unter Ber\u00fccksichtigung der Material-eigenschaften und weiterer Parameter plant er die Druckbahn und schickt die Steuerbefehle an den Druckroboter. Ob sich die Software noch weiter verbessern l\u00e4sst, kann letztlich nur in Drucktests \u00fcberpr\u00fcft werden. Sie sind deshalb ein zentrales Element in der Zusammenarbeit zwischen der BFH und Creabeton Mat\u00e9riaux. Mit den Drucktests k\u00f6nnen die Forschenden der BFH und die Betonspezialisten des Industriepartners gemeinsam beobachten, wie sich kleine Ver\u00e4nderungen am Slicer auf die Druck-qualit\u00e4t auswirken. Der direkte Austausch erm\u00f6glicht es, rasch Verbesserungen vorzunehmen und neue Optionen zu implementieren.<\/p>\n

Durchgehende digitale Kette<\/strong><\/p>\n

Creabeton Mat\u00e9riaux konnte bereits verschiedene Betonobjekte mit dem 3D-Drucker f\u00fcr Kunden herstellen. Interessant ist das Verfahren vor allem f\u00fcr Einzelst\u00fccke oder Kleinstserien, bei denen die aufwendige Herstellung einer Schalung den St\u00fcckpreis in die H\u00f6he treiben w\u00fcrde. Beim Betondruck fallen Schalungen weg und es ergibt sich eine gr\u00f6ssere Formenfreiheit. Ein grosser Vorteil ist schliesslich die Beschleuni-gung des Produktionsprozesses, der durchgehend digitalisiert abl\u00e4uft: Die Kunden erstellen vom gew\u00fcnschten Objekt eine CAD-Datei, aus welcher der Slicer die Steuerbefehle f\u00fcr den Drucker erzeugt. Der eigentliche Druckvorgang l\u00e4uft ebenfalls automatisch ab. In der ganzen Produktionskette gibt es nur noch wenige analoge Vorg\u00e4nge \u2013 etwa die Herstellung der Betonmischung, eine allf\u00e4llige manuelle Nachbehandlung des gedruckten Objekts und nat\u00fcrlich dessen Transport an den Bestimmungsort. Von der Bestellung eines Unikats bis zur Auslieferung vergehen im besten Fall nur noch drei Tage.<\/p>\n

\"Die
Die generierten Fahrbefehle vom Slicer lassen sich in der Robotersoftware simulieren.<\/figcaption><\/figure>\n

Pro\ufb01table Partnerschaft<\/strong><\/p>\n

F\u00fcr Unternehmen ist es entscheidend, neue Entwicklungen fr\u00fchzeitig zu erken-nen, Chancen wahrzunehmen und sich mit innovativen L\u00f6sungen von der Konkurrenz abzuheben. Dabei sind sie h\u00e4u\ufb01g auf das Know-how geeigneter Forschungspartner angewiesen. Dank der Zusammenarbeit mit dem Institut f\u00fcr Drucktechnologie der BFH kann Creabeton Mat\u00e9riaux schnell und \ufb02exibel auf ver\u00e4nderte Anforderungen reagieren und das eigene 3D-Druckver-fahren weiterentwickeln. Die BFH ihrer-seits kann im Rahmen der Zusammen-arbeit mit Creabeton Mat\u00e9riaux ihre Agilit\u00e4t im Bereich der angewandten Forschung und Entwicklung einmal mehr unter Beweis stellen. Zudem pro\ufb01tiert sie von den aus dem Projekt gewonnenen Erkenntnissen, die letztlich wieder in die Lehre an der BFH ein\ufb02iessen. \u25a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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