ETH stellt AM-Roboterverfahren für eine nachhaltige Bauweise vor
Dieser neue Ansatz, der als „Impact Printing“ bekannt ist, verwendet zirkuläre, kohlenstoffarme Materialien
Forscher der ETH Zürich haben eine revolutionäre robotergestützte additive Fertigungstechnik entwickelt, die sie „Impact Printing“ nennen. Sie soll die Baubranche durch die Verwendung zirkulärer, kohlenstoffarmer Materialien revolutionieren. Diese neue Methode stellt einen bedeutenden Fortschritt für eine nachhaltige Bauweise dar.
Heutzutage können ganze Häuser aus Lehm oder ausgehobener Erde gebaut werden – Materialien, die billig, reichlich vorhanden und ökologisch nachhaltig sind, da sie keinen Zement benötigen. Traditionelle Baumethoden mit diesen Materialien sind jedoch langsam, arbeitsintensiv und kostspielig. Zur Bewältigung dieser Herausforderungen haben Forscher der ETH Zürich ein schnelles, robotergestütztes Druckverfahren entwickelt, das den Einsatz von Zement überflüssig macht. Bei diesem „Impact Printing“ genannten Verfahren schießen Bauroboter das Material von oben herab und bilden nach und nach eine Wand, da sich die Teile beim Aufprall mit minimalen Zusatzstoffen verbinden. Anders als beim herkömmlichen 3D-Druck von Beton sind keine Pausen erforderlich, um das Material zu verfestigen. Die derzeitige Mischung für dieses Verfahren besteht aus Aushubmaterial, Schlamm und Ton.
Ein neues additives Fertigungsverfahren
Impact Printing eröffnet einen neuartigen Weg zur Herstellung von maßstabsgetreuen, frei geformten Wandstrukturen aus kohlenstoffarmen, kreisförmigen Materialien. Die in interdisziplinärer Zusammenarbeit an der ETH Zürich entwickelte Methode zielt darauf ab, die Kosteneffizienz nachhaltiger Baumaterialien durch eine effiziente, automatisierte Produktion zu verbessern. Im Gegensatz zum herkömmlichen 3D-Druck, bei dem die Materialien schichtweise extrudiert werden, erfolgt die Deposition mit hoher Geschwindigkeit, d. h. mit bis zu 10 Metern pro Sekunde, was eine starke Verbindung ohne Trocknungszeiten gewährleistet. Dadurch ist das Verfahren stabiler und weniger abhängig von Zusatzstoffen als der herkömmliche 3D-Druck durch Extrusion.
Ein an der ETH Zürich entwickeltes, kundenspezifisches Druckwerkzeug kann in verschiedene Roboterplattformen mit hoher Traglast integriert werden und ermöglicht die Konstruktion sowohl außerhalb der Baustelle als auch direkt auf der Baustelle. Das Werkzeug wurde erfolgreich mit einem Hochlast-Portalsystem im Robotic Fabrication Laboratory eingesetzt und auf der autonomen HEAP-Plattform montiert, einem vom Robotic Systems Lab der ETH Zürich entwickelten Bagger mit Beinen. Diese Plattform wurde für den Bau von Strukturen mit einer Höhe von bis zu 3 Metern verwendet und hat das Potenzial, mit variablem Terrain an unstrukturierten Standorten umzugehen, was den Bau von Mauern und Infrastrukturen wie Schallschutzwänden ermöglicht.
Geringe Umweltbelastung
Das Druckverfahren „Impact Printing“ der ETH Zürich verwendet eine CO2-arme Erdmischung, die vom Lehrstuhl „Sustainable Construction“ der ETH Zürich entwickelt wurde und lokal bezogene Sekundärmaterialien mit minimalen mineralischen Beimischungen enthält. Ein Großteil des Materials wird von Eberhard Unternehmungen bezogen, einem führenden Unternehmen im Bereich der Kreislaufbauweise. Das im Rahmen der prestigeträchtigen 3D Pioneers Challenge 2023 ausgezeichnete Verfahren könnte auf andere Materialien für verschiedene Bauszenarien angepasst werden. Ein ETH-Spin-off ist in der Entwicklung, um diese bahnbrechende Technologie zu kommerzialisieren.
