Airlement: mit 3D-Druck von Leichtbaumaterialien aus... Abfall

La Drucken 3D kann einen enormen Beitrag zur Entwicklung eines leistennachhaltiges GebäudeDies beginnt mit der Möglichkeit, mit noch nie zuvor verwendeten Materialien zu experimentieren und neue Bautechniken zu testen, mit denen sich Verbrauch und Emissionen reduzieren lassen.

Ein Forscher aus Eidgenössisches Polytechnikum Zürich nutzte diese automatisierte Technologie, um neue zu produzieren Isolierelemente leicht, völlig zementfrei, hergestellt aus Mineralschäumen aus Industrieabfällen. Das Mineralschaum, das unzählige Male wiederverwendet werden kann, wird dank eines raumgroßen 3D-Druckers Schicht für Schicht verarbeitet.

Der erste Prototyp des Projekts Airlement Es handelt sich um eine zwei Meter hohe monolithische Ecksäule, die aus vier 3D-gedruckten Segmenten besteht, die durch einfachen Mörtel zusammengehalten und mit zementfreiem weißem Gips bedeckt sind.

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Nachhaltiges Bauen und 3D-Druck: Das ist die Forschung der ETH

L 'nachhaltiges Gebäude hat unzählige Deklinationen: die Entwicklung von Intelligente Materialien und neue Bauweisen, die Einsatz von Upcycling und die Wiederverwendung von Ressourcen sind Grundelemente einer neuer Ansatz zu Konstruktionen, die in erster Linie von der Notwendigkeit diktiert werden, Räume so zu gestalten und zu bewohnen, dass sie im Einklang mit der Natur stehen.

Nachhaltigere Gebäude sind solche, die eine Förderung ermöglichen rationellere Nutzung von Ressourcen dank Energieeffizienz, aber auch solche, die sie kombinieren können ökologische und soziale Nachhaltigkeit und die versprechen, bauen zu können, ohne auf sehr teure Prozesse in Bezug auf Ressourcen und Energie zurückgreifen zu müssen.

In diesem Zusammenhang ist es Entwicklung neuer Materialien und Bautechniken übernehmen eine führende Rolle, die in der Lage ist, die Ambitionen der Wissenschaftler und die Bedürfnisse eines globalen Marktes zu integrieren, der zwar äußerst vielfältig ist, aber nicht mehr anders kann, als den Bedürfnissen von gerecht zu werden ein Planet im Schmerz.

Eine der neuesten Innovationen zu diesem Thema stammt vonArch Tec Lab für Forschung und Robotik an der ETH, auf dem Campus Hönggerberg. Hier, der Forscher Patrick Bedarf, der in der Gruppe arbeitet Digitale Gebäudetechnologien des Professors Benjamin Dillenburger, hat eine Methode zur Herstellung untersucht leichte isolierende Konstruktionselemente Herstellung komplexer formreduzierender Materialien dank 3D-Druck.

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Ein dreidimensionaler Drucker von der Größe eines Raumes

La Drucker 3D Die von Patrick Bedarf genutzte Skulptur ist so groß wie ein ganzer Raum: Zahlreiche Roboterarme hängen von der Decke des Hauptraums des Arch Tec Lab, während auf dem Boden, auf Arbeitsplattformen und Holzkisten, seltsame, sandskulpturenähnliche Kreaturen zum Leben erwachen .

"Die Roboter können jeden Punkt im Raum präzise anfahren“, erklärt Bedarf. „Wir planen die Route und legen fest, wohin und wie schnell sie fahren müssen, sowie wie viel Material zu welcher Zeit und wo aus dem Druckkopf fließen muss und wo es abgelegt werden soll".

Mit diesem genialen System schuf der ETH-Forscher den ersten Prototypen des Airlement-Projekts, a Spalte monolithisches Eckstück, zwei Meter hoch, bestehend aus vier 3D-gedruckten Segmenten, die mit Mörtel zusammengehalten werden.

I vier Segmente der Säule sind leicht, lassen sich leicht manuell anheben und übereinander stapeln: "Bauteile können einfach im Werk gedruckt, zur Baustelle transportiert und dort platziert werden, wo sie benötigt werden“, erklärt Bedarf.

"Um das Bauteil robuster zu machen, kann der Hohlkern mit hochdichtem Mineralschaum vergossen werden, wodurch er stabil genug ist, um als tragende Struktur zu fungieren“. Doch nicht nur die Technik ist innovativ an Bedarfs Projekt.

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Airlements, die „Ziegel“, die aus der Asche von Hochöfen hergestellt werden

Um die Airlements zu kreieren, verwendete Patrick Bedarf a nachhaltiges Dämmmaterial produziert vom ETH-Spin-off FenX: one Mineralschaum hergestellt aus recycelten Industrieabfällen, insbesondere aus Flugasche gewonnen aus den Verbrennungsprozessen industrieller Hochöfen.

"Dieses Material hat bereits den ersten Materialkreislauf durchlaufen und kann einfach sein nach Gebrauch recycelt„, erklärt Bedarf, während er ein Stück des neuen Materials zwischen seinen Fingern zerkrümelt: Einmal pulverisiert, ist der Schaum einsatzbereit wiederverwendet.

„Wenn der Gebäudeteil nicht mehr benötigt wird“, sagt der Forscher, „Es kann vollständig zerkleinert und zu Pulver zerkleinert werden, sodass es in neuen Schaum umgewandelt werden kann.“. Und es ist völlig zementfrei, ebenso wie der Putz, der für die Endbehandlung verwendet wurde.

Jeder einzelne Prototyp kommt in weniger als einer Stunde gedruckt und eine Woche lang in der Produktionsumgebung bei einer kontrollierten Temperatur zwischen 20 und 28 Grad Celsius und einer Luftfeuchtigkeit von 20 bis 70 Prozent trocknen gelassen.

Um die korrekte Einstellung zu überprüfen Luftfeuchtigkeit und Temperatur, Patrick Bedarf baute eine spezielle Klimakammer, eine große transparente zeltförmige Struktur, in der sich der Druckerroboter entlang der vordefinierten Bahn bewegt.

Diese Produktionsmethode, betont der Forscher, erfordert keine spezielle Verarbeitung hohe Energieintensität"Dies ist ein Fortschritt gegenüber bisherigen Arbeiten mit zementfreien Schäumen, die mit Zement ausgehärtet oder anschließend bei hohen Temperaturen im Ofen ausgehärtet werden mussten".

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Nachhaltiges und wirtschaftliches Bauen dank Automatisierung

Die neue Methode per 3D-Druck ermöglicht es Ihnen weniger Material verbrauchen: Zum Beispiel ist zum Gießen keine Schalung erforderlich, eine Struktur, die nur teilweise wiederverwendet werden kann und heute völlig aus der Liste der notwendigen Ressourcen gestrichen werden kann.

Die Kombination aus 3D-Druck und Robotik ermöglicht die sehr wirtschaftliche Herstellung ganzer Gebäudeteile nach Maß: „Ohne Automatisierung“, erklärt der Forscher, „Herkömmliche Bauweisen, die Material einsparen, sind insbesondere aufgrund der Arbeitskosten sehr zeitaufwändig und teuer".

Patrick Bedarf wird das Projekt weiterentwickeln in Zusammenarbeit mit FenX, das Airlements eine ganze Produktionslinie widmen wird: „Wir analysieren die Belastbarkeit und Dämmeigenschaften eingehend“, erklärt Bedarf, „um festzustellen, wie dieses Material als Wandelement in einem geschlossenen Raum wirkt".

"Infrarotmessungen“, schließt der Forscher, „Sie helfen uns herauszufinden, wo die Wärmedämmung noch verbessert werden kann und wie wir etwaige Schwachstellen durch eine Anpassung des Druckpfads beseitigen können".

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