AMiCo
Additive Manufacturing in Construction – Additive Fertigung im Bauwesen
Generative Fertigungsverfahren bieten die Möglichkeit, individuelle Geometrielösungen auf der Basis dreidimensionaler Geometriemodelle automatisiert herzustellen. AMiCo thematisiert in diesem Sinne die Entwicklung einer innovativen, durchgängig automatisierten digitalen Prozesskette geometrisch individueller Knotenelemente aus Stahl. Damit sollen einlagige Stabwerke für Fassaden- und Dachkonstruktionen perspektivisch ressourceneffizienter gebaut werden können. Ziel der Entwicklung ist die Beschreibung einer parameterbasierten Lösung zur automatisierten Generierung druckfähiger Daten unter Berücksichtigung konstruktiver, statischer und fertigungstechnischer Randbedingungen. Diese bilden die informationstechnische Grundlage für wirtschaftlich effiziente (Vor-)Fertigungsprozesse.
Im Kontext des Projekts soll das Basiskonzept ParaKnot3D für die konstruktions- und geometrieabhängige, numerisch basierte Generierung 3D-druckfähiger Daten für Knotenverbindungen mit Hilfe parametrischer Entwurfswerkzeuge weiterentwickelt werden.
Grenzen additiver Fertigungsverfahren
Aktuell ist am Markt eine große Vielzahl unterschiedlicher, additiver Fertigungsverfahren 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 sowie durch die direkt vom Druckvolumen abhängigen, teils enormen Druckzeiten. Um das Prinzip des Additive Manufacturing dennoch in Bauprozesse implementieren zu können, müssen vorhandene Verfahren adaptiert oder neue, an bauliche Anforderungen angepasste Verfahren entwickelt werden, die größere Bauteildimensionen ermöglichen und Druckzeiten signifikant reduzieren.
Doppelt gekrümmte Geometrien
Am Beispiel architektonisch anspruchsvoller Fassaden- und Dachkonstruktionen setzt sich das Forschungsvorhaben mit den Potenzialen generativer Fertigungsverfahren, inklusive der gezielten Nutzung des Prinzips der doppelten Krümmung, auseinander. Gekrümmte Konstruktionen stellen dabei einen wichtigen Ansatz zur signifikanten Reduktion des materialbezogenen Ressourcenverbrauchs dar. Ihre Struktureigenschaften eröffnen zahlreiche, gestalterische Möglichkeiten und bieten ebenso große Potenziale für die Einsparung von Material, Druckzeit und Kosten.
Individuelle Knotenelemente
Ein besonderer Fokus im Projekt liegt auf einer konstruktiv-flexiblen Auslegung sowie einer Druckprozess-optimierten Ausrichtung der Verbindungsknoten. Die Knotenelemente werden in einem Demonstrator verbaut, der den Ausschnitt einer fiktiven Fassade mit unregelmäßiger Teilung und lokal veränderlicher Krümmung beschreibt. Sie sind so konzipiert, dass rechteckige Hohlprofile aus Aluminium per Stirnplattenstoß mittels doppelter, vorgespannter Verschraubung präzise und nahezu übergangslos angeschlossen werden können.