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title: "Forscher patentieren biegsamen Beton für 3D-Druck"
url: https://www.voxelmatters.com/de/forscher-patentieren-biegsamen-beton-fuer-3d-druck/
date: 2025-01-18
modified: 2025-01-18
lang: de
author: "Edward Wakefield"
description: "Nach Angaben der University of New Mexico (UNM) haben Forscher des Gerald-May-Fachbereichs für Bau-, Konstruktions- und Umwelttechnik ein biegsames Betonmaterial für den 3D-Baudruck offiziell patentiert. Bei der traditionellen Bauweise werden..."
categories:
  - "3D-Druck im Bauwesen"
  - "AM-Forschung"
  - "Architektur"
  - "Beton"
  - "Forschung und Lehre"
tags:
  - "future"
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# Forscher patentieren biegsamen Beton für 3D-Druck

[Nach Angaben der University of New Mexico](https://news.unm.edu/news/unm-engineers-build-the-future-of-3d-printing-with-bendable-concrete) (UNM) haben Forscher des Gerald-May-Fachbereichs für Bau-, Konstruktions- und Umwelttechnik ein biegsames Betonmaterial für den [3D-Baudruck](https://www.voxelmatters.com/can-3d-printed-hempcrete-replace-traditionally-used-concrete/) offiziell patentiert.

Bei der traditionellen Bauweise werden Stahl- oder Holzbalken mit schweren Maschinen zu einem Gebäudegerüst zusammengefügt, was jedoch gefährlich und teuer sein kann. Dies ist nur eines der Material- und Herstellungsprobleme, die Maryam Hojati, Assistenzprofessorin am Gerald May Department of Civil, Construction, and Environmental Engineering, zu lösen hofft.

Ein weiteres Problem ist die Instandhaltung der Infrastruktur. Selbst stahlbewehrter Beton muss ständig repariert werden, was eine regelmäßige Wartung von Gebäuden, Brücken und Gehwegen bedeutet. Ein widerstandsfähigeres Material könnte die öffentliche Infrastruktur langlebiger und weniger kostspielig im Unterhalt machen.

„Beton selbst weist keine Zugeigenschaften auf, d. h. wenn man ein Stück Beton nimmt und es auseinanderzieht, kann es leicht brechen. Es ist ein sehr sprödes Material“, sagte Hojati. Die Neigung von Beton, unter Belastung zu brechen, ist besonders problematisch, wenn es um Naturkatastrophen und Wetterereignisse wie Erdbeben und Winde geht, die seitliche Spannungen auf Gebäude ausüben. „Das Material sollte sowohl Zug- als auch Druckbelastungen standhalten und widerstehen. Beton ist ein hervorragendes Material für Druck, aber wenn es um Zug geht, ist es ein schwaches Material.

Weltweit haben Forscher erforscht, welche Materialien und Verfahren diese Probleme lösen könnten. Einige Bauwerke wurden bereits teilweise mit 3D-Druckern hergestellt, aber bisher sind die meisten Verfahren auf die Platzierung von Schlüsselmaterialien wie Balken oder Bewehrungsstäben angewiesen – [was die Automatisierung, die der 3D-Druck bieten sollte, einschränkt](https://www.voxelmatters.com/aridditive-raises-e500000-to-advance-3dcp/). Um etwas ohne diese Stützen zu drucken, muss das Material stark genug sein, um sich selbst zu halten.

Muhammad Saeed Zafar, der im Sommer 2024 seinen Doktortitel erhielt und als wissenschaftlicher Mitarbeiter von Hojati arbeitete, hat eine Substanz entwickelt, die dieses Problem lösen könnte. „Wenn wir über den 3D-Druck oder die additive Fertigung im Bereich der Metalle und Kunststoffe sprechen, ist dies bereits sehr weit fortgeschritten, aber der Betondruck befindet sich noch in der Entwicklung“, sagte er. „Wenn es uns gelingt, ein extrem dehnbares Material zu entwickeln, ohne herkömmliche Stahlstäbe zu verwenden, wird das Problem der Unverträglichkeit der Bewehrung mit dem 3D-Druckverfahren gelöst.“

https://www.youtube.com/watch?v=LR_pfeU49XQ

Die daraus resultierende Substanz, die als selbstverstärktes ultra-duktiles zementartiges Material bekannt ist, wurde im August letzten Jahres von UNM Rainforest Innovations im Namen von Hojati, Zafar und Amir Bakhshi patentiert, der zu Beginn der Entwicklung als Forschungsassistent und Masterstudent an dem Projekt arbeitete. Zafar hat seine Forschungsarbeit über Stoffe in Bau- und Baumaterialien im vergangenen Jahr veröffentlicht.

„Der Hauptzweck dieser Arbeit war es, das Problem der [Bewehrung beim 3D-Betondruck](https://www.voxelmatters.com/de/3d-gedruckter-beton-unterstuetzt-die-forschung-der-us-armee/) anzugehen“, so Zafar. „Wir behaupten, dass der 3D-Betondruck ein automatisierter Prozess ist. Aber die herkömmlichen Bewehrungsmethoden beeinträchtigen die Automatisierung dieses Prozesses.“

Das ultra-duktile zementartige Material muss genügend Fasern enthalten, um selbständig zu stehen, und gleichzeitig eine Viskosität aufweisen, die es ermöglicht, die Druckdüse zu passieren, ohne stecken zu bleiben. Das klingt einfach, aber das richtige Gleichgewicht zu finden, ist eine komplexe Forschungsaufgabe. Wenn zu wenig Fasern in der Mischung enthalten sind, könnten die gedruckten Formen in sich zusammenfallen. Zu viele Fasern, und das Material kommt im Druckprozess nicht sehr weit. Um die Funktionsfähigkeit der Materialien zu testen, müssen sie genau gemischt, gemessen und gedruckt werden.

Auch nachdem die Entwürfe in verschiedenen Formen und Designs gedruckt wurden, darunter kleine Strukturen, Prismen und Hundeknochen, müssen sie auf ihre Biege- und direkte Zugfestigkeit geprüft werden. Die Forscher wiederholten diesen Prozess und untersuchten Mischungen aus vielen Materialien und Fasern, wie Polyvinylalkohol, Flugasche, Silikastaub und Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht.

Das daraus resultierende Patent bietet vier verschiedene Mischungen mit einer bis zu 11,9 % höheren Belastbarkeit.

„Aufgrund der großen Mengen an kurzen Polymerfasern in diesem Material kann es den gesamten Beton zusammenhalten, wenn er einer Biege- oder Zugbelastung ausgesetzt wird“, so Hojati. „Wenn wir dieses Material in größerem Maßstab einsetzen, können wir den Bedarf an externer Bewehrung für die gedruckte Betonstruktur minimieren.“

Die Entwicklung einer biegsamen, [druckbaren betonähnlichen Substanz](https://www.voxelmatters.com/scientists-3d-print-carbon-dioxide-capturing-concrete/) wurde durch Zuschüsse des Transportation Consortium of South-Central States (Tran-SET), dem University Transportation Center der Region Six, finanziert. Die Zuschüsse finanzierten drei Forschungsprojekte: die Entwicklung eines 3D-druckbaren technischen Zementmaterials, die Bewertung der Eigenschaften des Materials in frischem und gehärtetem Zustand und die Entwicklung eines 3D-druckbaren Öko-Betons.

Nach den ersten beiden Projektphasen und vielen Entwürfen haben die Forscher erfolgreich das Material entwickelt, das das Team zum Patent angemeldet hat.