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Entwicklung einer robotergestützten Spritztechnologie zur schalungslosen generativen Fertigung komplexer Betonbauteile

DBFL - Digital Building Fabrication Laboratory (© ITE)

Während in der industriellen Fertigung bereits das Thema „Industrie 4.0 – Mensch-Roboter-Kooperation“ diskutiert wird, ist das Bauwesen noch nicht einmal in der Industrie 3.0 angelangt. Zwar hat die Digitalisierung in Form von Entwurfs-, Berechnungs- und Simulationsprogrammen bereits Einzug in das Planungswesen erhalten. Das Bauen an sich hat sich allerdings nicht wesentlich geändert. So werden die hochwertigen Werkstoffe und industriell hergestellten Fertigteile noch immer nach dem Prinzip „Stein auf Stein“ verarbeitet. Menschliches Handeln führt zu variierender Bauteilqualität sowie kostenintensiven Arbeitsprozessen. Die Diskrepanz zwischen theoretisch planbarem und real umsetzbarem ist dementsprechend hoch und wird auch in Zukunft zunehmen, sofern kein Umdenken stattfindet. Einen Lösungsansatz bietet die Digitale Fabrikation, die in der Lage ist, innovative Konstruktionen bei steigender Bauteilqualität und effizientem Ressourceneinsatz zu realisieren.

Ziel dieses interdisziplinären Forschungsvorhabens ist es daher ein Verfahren für die Herstellung geometrisch komplexer Bauteile zu entwickeln. Dabei soll auf den Einsatz von Schalungselementen, die die Formgebung der Bauteile sowie deren Wirtschaftlichkeit bestimmen, verzichtet werden. Stattdessen soll ein innovatives, robotergestütztes Herstellungsverfahren entwickelt werden, das auf der aus dem Tunnelbau bekannten Spritzbetontechnologie basiert. Zur Realisierung des Vorhabens sollen Erkenntnisse aus den Bereichen Maschinenbau, Informatik und den Materialwissenschaften mit denen des Bauwesens zusammengeführt werden.

Grundlage für die Durchführung des Forschungsvorhabens ist ein Forschungsgroßgerät, das die Bezeichnung „DBFLDigital Building Fabrication Laboratory“ trägt. Das von der DFG geförderte Großgerät ist in seiner Konzeption und Ausführung einzigartig. Innerhalb des Arbeitsraumes können frei orientierbare Bearbeitungsköpfe Material additiv auftragen, hochfeste Materialien subtraktiv bearbeiten sowie „Pick and Place-Operationen“ kooperativ ausführen.

Die erste Phase des Teilprojekts des iBMBs beschäftigt sich mit der Entwicklung einer geeigneten Spritzbetonrezeptur für das Herstellungsverfahren. Dabei muss die Spritzbetonrezeptur auf die Anforderungen, die sich aus einem vorgelagerten Pumpprozess und dem anschließenden Prozess des Spritzbetonauftrags ergeben, abgestimmt werden. In einer zweiten Projektphase sollen die thermischen und mechanischen Bauteileigenschaften modelliert werden.

Projektpartner:

Institut für Montagetechnik, Leibniz Universität Hannover

Institut für Tragwerksentwurf (iTE), Technische Universität Braunschweig

Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (iWF), Technische Universität Braunschweig

Intsitut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB), Technische Universität Braunschweig

Institut für Informatik Software Systems Engineering, TU Clausthal

Institut für Nichtmetallische Werkstoffe, TU Clausthal

Projektträger: nth – Niedersächsische Technische Hochschule

Laufzeit: 3 Jahre (2016 – 2018)

Ansprechpartner: Niklas Nolte M. Sc.

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