Eine kleine 3D-gedruckte Betonbrücke zeigt einen möglichen Weg, mit weniger Material zu bauen. Forscher des MIT haben eine 2,3 m lange Struktur entworfen, sie gedruckt und getestet.
Beton ist das am häufigsten verwendete Baumaterial der Welt. Seine Produktion ist auch eine bedeutende Quelle von Kohlenstoffemissionen. Der 3D-Druck könnte diese Auswirkungen reduzieren, indem er das Material nur dort aufträgt, wo die Struktur es benötigt, ohne traditionelle Formen.
Hajin Kim-Tackowiak (links), Postdoktorand am Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwesen des MIT, und Zane Schemmer, Doktorand, posieren mit der 3D-gedruckten Betonbrücke, die sie entworfen und unter Last getestet haben.
Foto: MIT
In der Praxis sind die von Software berechneten optimalen Formen oft zu komplex, um hergestellt zu werden. Optimierungsmethoden können sehr leichte Strukturen entwerfen, die Spinnennetzen ähneln. Aber eine Betondruckmaschine muss mit der Dicke ihrer Düse und den tatsächlich möglichen Bahnen zurechtkommen.
Das Team hat diese Einschränkungen daher bereits in die mathematische Konstruktion der Brücke integriert. Die Software berücksichtigt die Breite der Betonschichten, mögliche Kurven und die Notwendigkeit, eine kontinuierliche Bahn zu drucken. Das Modell erzeugt so eine Form, die direkt von der Maschine hergestellt werden kann.
Die Struktur wurde in etwa 30 Minuten mit einem handelsüblichen Mörtel gedruckt. Sie wog etwa 408 kg. Bei den Tests trug sie 907 kg an Blöcken, die auf ihrer Oberfläche verteilt waren, ohne messbare Durchbiegung, so die Forscher.
Bau einer 2,3 Meter langen Betonbrücke, Schicht für Schicht im 3D-Druck.
Video: Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwesen des MIT
Der Test ergab einen wichtigen Punkt. Für die vorgesehenen Lasten hing die benötigte Materialmenge mehr von den Fähigkeiten des Druckers ab als von der Festigkeit des Betons. Eine Maschine, die dünnere Schichten auftragen oder engere Kurven verfolgen kann, könnte daher noch sparsamere Strukturen produzieren.
Die Methode spart auch Zeit bei der Anpassung eines Projekts. Die Forscher geben an, dass eine neue druckbare Zeichnung in wenigen Minuten auf einem Laptop erstellt werden kann. Diese Schnelligkeit kann Anpassungen auf einer Baustelle oder für Elemente unterschiedlicher Größe erleichtern.
Dieser Prototyp kündigt keinen sofortigen Ersatz der klassischen Methoden an. Er zeigt jedoch, wie Konstruktionswerkzeuge und Maschinen gemeinsam weiterentwickelt werden können. Die Herausforderung besteht darin, sichere, realisierbare und materialsparende Elemente zu bauen, ohne ihre mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.