{"id":119308,"date":"2021-07-12T07:21:00","date_gmt":"2021-07-12T05:21:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=119308"},"modified":"2022-11-28T14:37:52","modified_gmt":"2022-11-28T13:37:52","slug":"design-und-fabrikation-von-3d-gedruckten-bauteilen-aus-naturfaserverstarkten-biokunststoffen-fur-architektur-und-bauindustrie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/design-und-fabrikation-von-3d-gedruckten-bauteilen-aus-naturfaserverstarkten-biokunststoffen-fur-architektur-und-bauindustrie\/","title":{"rendered":"Design und Fabrikation von 3D-gedruckten Bauteilen aus naturfaserverst\u00e4rkten Biokunststoffen f\u00fcr Architektur und Bauindustrie"},"content":{"rendered":"\n

<\/h2>\n\n\n\n\n\n
\"Das<\/a>
Granulat und Filament aus naturfaserverst\u00e4rktem Biokunststoff f\u00fcr den Multimaterial-3D-Druck. \u00a9 Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Gro\u00dfformatiger 3D-Druck spielt in der Bauindustrie eine zunehmende Rolle. Insbesondere komplexe und individuelle Bauteile lassen sich durch das additive Fertigungsverfahren material- und kostensparend herstellen, frei gestalten und bei Verwendung thermoplastischer Basismaterialien hervorragend recyceln. Auch v\u00f6llig neue, hocheffiziente Bauelemente werden dadurch denk- und machbar. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern entwickeln wir ein nachhaltiges Material auf Basis von Biopolymeren und Naturfasern f\u00fcr den gro\u00dfformatigen 3D-Druck. Damit erm\u00f6glichen wir moderne, nachhaltige Architekturl\u00f6sungen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Das Vorhaben konzentriert sich auf die Herstellung der 3D-Bauteile im extrusionsbasierten 3D-Druckverfahren \u00bbFused Deposition Modeling (FDM)\u00ab mit Kurz- und Endlosfaserfilamenten auf Naturfaserbasis. Die Anwendung dieser Technologie in der Architektur zielt auf zwei verschiedene Einsatzzwecke:<\/p>\n\n\n\n

1. Vereinfachte Herstellung etablierter Bauteile<\/h4>\n\n\n\n

Ziel ist es, f\u00fcr bereits etablierte architektonische Bauteile, welche zu ihrer Herstellung bisher viele Arbeitsschritte ben\u00f6tigen, schnellere, einfachere und anpassungsf\u00e4higere Herstellungsverfahren zu erm\u00f6glichen. Der Fokus liegt dabei auf Bauteilen, die entwurfs- oder funktionsbedingt einen hohen Grad an Individualisierung und Komplexit\u00e4t aufweisen \u2013 beispielsweise Fassadenelemente, freigeformte M\u00f6bel und Trennw\u00e4nde sowie multifunktionale Bauteile.<\/p>\n\n\n\n

2. Neuartige, hocheffiziente Bauteile<\/h4>\n\n\n\n

Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung v\u00f6llig neuartiger architektonischer Bauteile, welche mit konventionellen Herstellungsverfahren nicht hergestellt werden k\u00f6nnen. Denkbar w\u00e4re zum Beispiel ein tragendes Deckenelement, dessen Topologie an die statische Beanspruchung angepasst ist. Dies w\u00fcrde schlanke Deckenaufbauten mit minimalstem Materialaufwand erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\n

In beiden F\u00e4llen sollen die Bauteile weitestgehend aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen.<\/p>\n\n\n\n

Die wesentliche Aufgabe des Fraunhofer WKI besteht darin, die biobasierten Filamente f\u00fcr die Fertigung von Bauteilen f\u00fcr den Innenausbau und f\u00fcr Fassadenelemente im FDM-Verfahren zu entwickeln. Eine besondere Herausforderung ist dabei die Herstellung von gleichm\u00e4\u00dfigen und wickelbaren Filamenten, die sich gut extrudieren lassen.<\/p>\n\n\n\n

Kurzfaserfilamente<\/h3>\n\n\n\n

Als Matrixpolymere sollen unter anderem Polymilchs\u00e4ure (PLA) und Biopolyamide zum Einsatz kommen. Mittels Compoundierung verst\u00e4rken wir die Polymere mit regional verf\u00fcgbaren Holz- und Cellulosefasern. Sie sollen die W\u00e4rmeformbest\u00e4ndigkeit von PLA verbessern und die Schwindung der Bauteile reduzieren.<\/p>\n\n\n\n

Endlosfaserfilamente<\/h3>\n\n\n\n

Die Endlosfasern (Naturfasern) sollen es erm\u00f6glichen, strukturell st\u00e4rker belastbare Bauteile herzustellen. Wir entwickeln ein Verfahren zur Ummantelung von regional verf\u00fcgbaren Flachs- und Hanffasern mit thermoplastischen Biopolymeren.<\/p>\n\n\n\n

Multimaterial-3D-Druck<\/h3>\n\n\n\n

Wir optimieren die kurzfaser- und langfaserverst\u00e4rkten Filamente hinsichtlich der Verarbeitung im Multimaterial-3D-Druck. Dadurch lassen sich die spezifischen Vorteile der verschiedenen Materialien gezielt in einem Bauteil kombinieren.<\/p>\n\n\n\n

Additivierung<\/h3>\n\n\n\n

Bauteile unterliegen hohen Anforderungen wie Dauerhaftigkeit, UV-Stabilit\u00e4t und Flammschutz. Um dies zu erreichen, r\u00fcsten wir die Biopolymere mit geeigneten Additiven aus.<\/p>\n\n\n\n

Bewertung und Charakteristik<\/h3>\n\n\n\n

Die gedruckten Muster werden im Hinblick auf ihre Gleichm\u00e4\u00dfigkeit bewertet und wir ermitteln ihre Eigenschaften (Mechanik, Flammschutzwirkung etc.)<\/p>\n\n\n\n

Gesellschaftliche Relevanz<\/h3>\n\n\n\n

Die bisherige Forschung zur additiven Fertigung im Bauwesen konzentriert sich auf herk\u00f6mmliche Materialsysteme wie beispielsweise den 3D-Druck von Beton \u2013 ungeachtet der \u00f6kologischen Auswirkungen. F\u00fcr Beton ben\u00f6tigt man gro\u00dfe Mengen an endlichen Ressourcen sowie Herstellungs- und Transportenergie. Zus\u00e4tzlich wird bei der Zementherstellung durch chemische Reaktionen viel CO2<\/sub> freigesetzt. Betonbauteile k\u00f6nnen au\u00dferdem nur eingeschr\u00e4nkt stofflich recycelt werden. <\/p>\n\n\n\n

Thermoplastische Biokomposite hingegen bestehen aus nachwachsenden, oft regional verf\u00fcgbaren Rohstoffen und sind deutlich leichter. Das spart Ressourcen und Energie. Zudem lassen sich Bauteile aus thermoplastischen Biokompositen nach Ende der Nutzungszeit einschmelzen und zu neuen Bauteilen verarbeiten. <\/p>\n\n\n\n

Biokomposite haben sich bereits als geeignete, nachhaltige Baumaterialien f\u00fcr Au\u00dfenanwendungen erwiesen, beispielsweise im Fassadenbau. Bisher werden jedoch standardisierte Profile hergestellt, die nachtr\u00e4glich in Form gebracht werden m\u00fcssen. Mit diesem Projekt schaffen wir die M\u00f6glichkeit, ma\u00dfgeschneiderte Gro\u00dfformatbauteile aus Biokompositmaterialien nach spezifischen Anforderungen durch 3D-Druckverfahren herzustellen. Das ist nicht nur effizienter, auch die architektonischen Spielr\u00e4ume erweitern sich dadurch erheblich. Biokomposite k\u00f6nnten somit k\u00fcnftig in der Bauindustrie vermehrt eingesetzt werden und weniger nachhaltige Materialien ersetzen. Und: Durch die Fertigung von neuartigen, hocheffizienten Leichtbauteilen l\u00e4sst sich der \u00f6kologische Fu\u00dfabdruck eines Geb\u00e4udes zus\u00e4tzlich reduzieren.<\/p>\n\n\n\n

Wirtschaftliche Vorteile<\/h3>\n\n\n\n

Bei erfolgreichem Projektabschluss k\u00f6nnten Architekturb\u00fcros, Bauunternehmen und Bauherren von erweiterten Gestaltungsm\u00f6glichkeiten beim Bau mit nachwachsenden Rohstoffen profitieren.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die Forst- und Agrarindustrie sowie Hersteller von Biokompositen k\u00f6nnen sich neue Gesch\u00e4ftsfelder er\u00f6ffnen.  <\/p>\n\n\n\n

Projektpartner<\/h3>\n\n\n\n
  • Institut f\u00fcr Tragkonstruktion und Konstruktives Entwerfen (IKTE) an der Universit\u00e4t Stuttgart (Projektkoordination)<\/li>
  • Laserzentrum Hannover<\/li>
  • Rapid Prototyping Technologie GmbH<\/li>
  • ETS Stange<\/li>
  • 3dk Trading GmbH<\/li>
  • ATMAT Sp. z o.o.<\/li><\/ul>\n\n\n\n

    F\u00f6rderung<\/h3>\n\n\n\n

    Offizieller Projekttitel:<\/strong> Design und Fabrikation von 3D-gedruckten Bauteilen aus Biokompositen \/ Filamenten aus Endlos- und Kurzfasern; Teilvorhaben 2: Materialentwicklung und Herstellung von Filamenten<\/p>\n\n\n\n

    F\u00f6rdermittelgeber:<\/strong> Bundesministerium f\u00fcr Ern\u00e4hrung und Landwirtschaft (BMEL)<\/p>\n\n\n\n

    Projekttr\u00e4ger:<\/strong> Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)<\/p>\n\n\n\n

    F\u00f6rderkennzeichen:<\/strong> 2220NR295B<\/p>\n\n\n\n

    Laufzeit:<\/strong> 1.7.2021 bis 31.12.2023 <\/p>\n\n\n\n

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