Additive Manufacturing in Building Construction (AMiCo)

Das Forschungsprojekt thematisiert die Entwicklung einer innovativen, durchgängig automatisierten digitalen Prozesskette vom Entwurf bis zur Fertigung geometrisch individueller Knotenelemente aus Stahl für die Realisierung einlagiger Stabwerke für Fassaden- und Dachkonstruktionen. Besonderer Fokus wird dabei auf eine konstruktiv-flexible Auslegung und eine Druckprozess optimierte Ausrichtung der Verbindungsknoten gelegt. Ziel der Entwicklung ist die Beschreibung einer parameterbasierten Lösung zur automatisierten Generierung druckfähiger Daten unter gewichteter Berücksichtigung konstruktiver, statischer und fertigungstechnischer Randbedingungen. Prozessbezogen bilden diese die informationstechnische Grundlage für wirtschaftlich effiziente, individuell- automatisierte (Vor-) Fertigungsprozesse mit hoher wirtschaftlicher Effizienz.

 

Keywords: 3D-Druck, Knotenelement, Knotenverbinder, Generative Fertigung, Digitalisierung, Parametrik, CAD, 3D-Modell, Stabwerk, Statik, Fertigung, Simulation, Vorfertigung, CAM, FEM, Nachhaltigkeit

Formenvielfalt und Individualität

Formenvielfalt und Gestaltungsfreiheit gewinnen im Zeitalter der Digitalisierung in der Architektur wieder mehr an Bedeutung. Generative Fertigungsverfahren bieten die Möglichkeit, individuelle Geometrielösungen auf der Basis dreidimensionaler Geometriemodelle automatisiert herzustellen. Sie sind daher hochgradig interessant in Bezug auf Architektur bezogene Anwendungen, die im Regelfall individuelle Lösungen beschreiben.

Defizite generativer Fertigungsverfahren

Aktuell ist am Markt eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren verfügbar. Diese arbeiten nach dem gleichen Grundprinzip des schichtweisen Materialauftrags und unterscheiden sich maßgeblich durch die verwendeten Materialien und deren Verarbeitungseigenschaften. Alle derzeit bekannten Technologien sind im Kontext bautechnischer Anwendungen jedoch eher ungeeignet. Ursächlich begründet wird dies durch die zumeist stark eingeschränkte Größe der Bauteile, die häufig zu geringen Festigkeiten der Druckmaterialen und durch die direkt vom Druckvolumen abhängigen, teils enormen Druckzeiten. Um das Prinzip des „Additive Manufacturing“ sinnvoll und wirtschaftlich in Bauprozesse implementieren zu können, müssen daher vorhandene Verfahren adaptiert oder an bauliche Anforderungen angepasste Verfahren entwickelt werden, um größere Bauteildimensionen realisieren zu können und Druckzeiten signifikant zu reduzieren.

Gekrümmte Fassaden mit gedruckten Knotenverbindern

Am Beispiel architektonisch anspruchsvollen Fassaden- und Dachkonstruktionen setzt sich das Forschungsvorhaben mit den Potenzialen generativer Fertigungsverfahren, inklusive der gezielten Nutzung des Prinzips der doppelten Krümmung zur signifikanten Reduktion des Material bezogenen Ressourcenverbrauchs auseinander. Die Struktureigenschaften gekrümmter Konstruktionen vereinen riesige gestalterische Möglichkeiten und bieten ebenso große Potenziale für die Einsparung von Material, Druckzeit und damit auch Kosten.