3D-Druck baut mit Abfällen?
3D-Druck baut nicht nur Häuser, sondern lernt auch, dies mit Abfällen aus der Bauindustrie zu tun, wodurch Emissionen und Verbrauch reduziert werden.
Das Baugewerbe verursacht über ein Drittel der globalen CO₂-Emissionen im Zusammenhang mit Energie und verbraucht 32% der weltweiten Energie. Das AddMamBa-Projekt der RWTH Aachen University zeigt, dass der 3D-Druck diesen Kurs umkehren kann: Er wandelt Abfallstahl in komplexe Strukturbauteile um und schließt damit den Kreislauf der Nachhaltigkeit.
Die Technologie nutzt Laserschmelzen und Metallpulver aus Stahlschrott, um Halterungen für hinterlüftete Fassaden und Verbinder für Tragstrukturen herzustellen. Der Prozess eliminiert Formen und Werkzeuge und reduziert so Verschwendung und Zeiten.
Von Abfall zu Ressource: Das Herzstück des AddMamBa-Projekts
AddMamBa zeigt, wie Stahlschrott in hochleistungsfähige Bauteile umgewandelt werden kann, wodurch der ökologische Fußabdruck des Baugewerbes drastisch reduziert wird.
Das vom deutschen BMWE finanzierte Projekt geht von einer konkreten Zahl aus: Das Bauwesen ist für 32% des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich. Die Antwort ist ein Prozess, der Abfallstahl zurückgewinnt und in wiederverwendbare Bauelemente umwandelt.
Das Material wird zunächst basierend auf Zustand und chemischer Zusammensetzung ausgewählt und analysiert. Anschließend durchläuft es einen Gaszerstäubungsprozess (VIGA), der es in Metallpulver umwandelt. Das Pulver wird gesiebt, um Partikel zwischen 15 und 45 Mikrometern zu erhalten, die für den Laserdruck bereit sind.
- Das Baugewerbe verursacht 32% des globalen Energieverbrauchs
- AddMamBa verwendet recycelten Stahl, um Strukturbauteile zu drucken
- Metallpulver wird durch Zerstäubung von Schrott mit Gas hergestellt
- Endkorngröße: 15-45 Mikrometer für Laserschmelzen
Laserschmelzen und Metallpulver: Schlüsseltechnologie
Das Laserschmelzen im Pulverbett ermöglicht die Erstellung komplexer Geometrien, die mit traditionellen Methoden unmöglich sind, und erhält dabei hohe mechanische Eigenschaften.
Die laserbasierte Pulverbett-Schmelztechnologie verschmilzt recyceltes Metallpulver schichtweise. Dieser additive Prozess eliminiert die Notwendigkeit kostspieliger Formen und ermöglicht die Anpassung jeder Komponente an die spezifischen Geometrien des Gebäudes.
Forscher wenden auch Topologieoptimierung an: Das Material wird entlang der Belastungspfade verteilt, wodurch das Gewicht reduziert wird, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen. Dies ist ein Ansatz, der mit traditionellen Schmelztechniken unmöglich ist.
Das Team hat ein digitales Planungstool entwickelt, das die geeignetsten Stützlösungen basierend auf den Daten des Gebäudes, der Fassade und der Unterkonstruktion auswählt. Das Tool integriert normative Standards, insbesondere die DIN EN 1991-1-4/NA.
Intelligente Fassaden, gedruckt aus recyceltem Stahl
Die mit AddMamBa hergestellten Stützen für hinterlüftete Fassaden zeigen, wie strukturelle Funktionalität und Nachhaltigkeit in einer einzigen Komponente integriert werden können.
Das Projekt konzentriert sich auf spezifische Elemente: Stützen für Systeme hinterlüfteter Fassaden (VHF) und Verbinder für Tragstrukturen. Diese Komponenten müssen mechanische Festigkeit, Haltbarkeit und Normenkonformität gewährleisten.
Der 3D-Druck ermöglicht die Gestaltung von Verbindungen für Fassaden ohne Einschränkungen durch Werkzeuge oder Formen. Jede Halterung kann an die Geometrie des Gebäudes angepasst werden, um die Materialverteilung entlang der Belastungspfade zu optimieren.
Herstellungsprozess
- Auswahl: Die Stahlschrott werden nach Zustand und chemischer Zusammensetzung klassifiziert.
- Zerstäubung: Der VIGA-Prozess wandelt das Stahl in feines Metallpulver um.
- Siebung: Das Pulver wird gefiltert, um Partikel von 15-45 Mikrometern zu erhalten.
- Laserdruck: Die Pulverbettfusion erstellt die Komponenten schichtweise.
Den Kreis schließen: weniger Abbau, mehr Regeneration
Die Verwendung von recycelten Materialien im 3D-Druck reduziert den Abbau von Primärrohstoffen und fördert eine konkrete Kreislaufwirtschaft in der Bauindustrie.
Der Wert von AddMamBa geht über eine einzelne Technologie hinaus. Das Projekt zeigt, dass es möglich ist, eine Kreislaufwirtschaft aufzubauen: Abfälle aus der Stahlindustrie werden zu Rohstoffen für hochleistungsfähige Bauteile, die wiederum so konzipiert sind, dass sie demontiert und wiederverwendet werden können.
Dieser Ansatz reduziert gleichzeitig drei kritische Faktoren: die CO₂-Emissionen bei der Produktion von Rohstahl, den Energieverbrauch für die Gewinnung und Verarbeitung sowie die Deponieabfälle. Der 3D-Druck bietet einen zusätzlichen Vorteil: Er eliminiert die typischen Späne bei subtraktiven Verfahren.
Das Projekt stellt ein replizierbares Modell für andere Baumaterialien dar. Die Logik ist klar: Abfallströme in ingenieurwissenschaftlich entwickelte Ressourcen umzuwandeln und die Flexibilität der additiven Fertigung zu nutzen, um leistungsstarke Bauteile ohne strukturelle Kompromisse zu erhalten.
Erfahren Sie, wie fortschrittliche Drucktechnologien die Zukunft der nachhaltigen Architektur prägen.
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Fragen & Antworten
- Was ist das Projekt AddMamBa und was ist sein Hauptziel?
- AddMamBa ist ein Projekt der RWTH Aachen University, finanziert vom deutschen BMWE, das zeigt, wie Abfallstahl in hochleistungsfähige strukturelle Bauteile für das Bauwesen umgewandelt werden kann. Sein Hauptziel ist es, den ökologischen Fußabdruck des Baugewerbes zu reduzieren, das für 32% des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich ist, und den Kreislauf der Nachhaltigkeit zu schließen.
- Was sind die Phasen des Prozesses, der Stahlschrott in Bauteile umwandelt?
- Der Prozess beginnt mit der Auswahl von Schrott basierend auf Zustand und chemischer Zusammensetzung. Anschließend wird der Stahl durch Gaszerstäubung (VIGA) in Metallpulver umgewandelt und gesiebt, um Partikel zwischen 15 und 45 Mikrometern zu erhalten, die für die Laser-Schmelztechnik im Pulverbett bereit sind.
- Welche Art von Bauteilen werden mit dieser Technologie hergestellt und welche Vorteile bieten sie?
- Es werden hauptsächlich Halterungen für hinterlüftete Fassaden und Verbinder für Tragstrukturen hergestellt. Der 3D-Druck ermöglicht es, jedes Bauteil basierend auf der spezifischen Geometrie des Gebäudes zu personalisieren, wodurch die Notwendigkeit für teure traditionelle Formen und Werkzeuge entfällt und komplexe Geometrien realisiert werden können, die mit konventionellen Methoden unmöglich sind.
- Wie trägt der 3D-Druck zur Nachhaltigkeit im Baugewerbe bei?
- Der 3D-Druck verwendet recycelten Stahl anstelle von Neumaterial, was den CO₂-Ausstoß, den Energieverbrauch und den Abbau von Ressourcen reduziert. Darüber hinaus eliminiert der additive Prozess die typischen Späne bei subtraktiven Verfahren und ermöglicht die Gestaltung von zerlegbaren und wiederverwendbaren Komponenten, was eine konkrete Kreislaufwirtschaft fördert.
- Was ist unter Topologieoptimierung zu verstehen und wie wird sie im Projekt AddMamBa angewendet?
- Die Topologieoptimierung ist eine Designmethode, die das Material entlang der strukturellen Lastpfade verteilt. Im Projekt AddMamBa wird sie angewendet, um das Gewicht der Komponenten zu reduzieren, ohne deren Festigkeit zu beeinträchtigen, und komplexe Formen zu realisieren, die mit herkömmlichen Gießverfahren nicht möglich wären.
