Abfallstahl wird zur Struktur? So geht's
Ein deutsches Forschungsprojekt zeigt, wie Schrottstahl durch 3D-Druck zu Baumaterial werden kann. Der Prozess verwandelt Metallschrott in strukturelle Komponenten für Fassaden und reduziert Emissionen und Abfälle in der Bauindustrie.
Vom Abfall zur Ressource: die Entstehung des Prozesses
Das AddMamBa-Projekt der RWTH Aachen wandelt Stahlabfälle in metallisches Pulver um, das für den 3D-Druck bereit ist, und eröffnet neue Wege für die Kreislaufwirtschaft im Bausektor.
Der Bausektor verursacht mehr als ein Drittel der globalen energiebedingten CO₂-Emissionen. Das von der deutschen Regierung finanzierte AddMamBa-Projekt geht dieses Problem an, indem es Stahlschrott in 3D-gedruckte Strukturkomponenten umwandelt.
Der Prozess beginnt mit der Auswahl und chemischen Analyse des Schrotts. Die Abfälle werden dann mittels VIGA-Verfahren atomisiert, um Metallpulver zu erzeugen. Die endgültige Korngröße beträgt 15-45 Mikrometer, ideal für den 3D-Druck.
- Das Projekt wandelt Stahlschrott durch Gasatomisierung in 3D-Druckpulver um.
- Die Rückgewinnungsausbeute erreicht 60%: 30 kg nutzbares Pulver aus 50 kg Schrott.
- Die hergestellten Komponenten sind Halterungen für hinterlüftete Fassaden und Verbinder für tragende Strukturen.
Die Forscher haben ein digitales Werkzeug entwickelt, um die am besten geeigneten Lösungen basierend auf den Daten des Gebäudes und der Fassade auszuwählen. Das System berücksichtigt die Normen, insbesondere die DIN EN 1991-1-4/NA.
Laserschmelzen und Zusammensetzungskontrolle
Die Schlüsseltechnologie ist LPBF (Laser Powder Bed Fusion), ergänzt durch fortschrittliche chemische Analysen, um die strukturelle Qualität der Endkomponenten zu gewährleisten.
Der Druck erfolgt mittels Laser-Pulverbettschmelzen. Diese Technologie ermöglicht die Herstellung von Halterungen für hinterlüftete Fassaden ohne Formen oder Werkzeuge. Jede Komponente kann an die spezifischen Geometrien des Gebäudes angepasst werden.
Die Kontrolle der Zusammensetzung des Schrotts ist entscheidend. Vor der Atomisierung wird jede Charge analysiert, um die chemische Zusammensetzung zu überprüfen. Nur Materialien, die die geforderten Parameter einhalten, gelangen in den Produktionsprozess.
Die Forscher wenden die Topologieoptimierung an, um das Material entlang der Lastpfade zu verteilen. Dieser Ansatz reduziert das Gewicht der Komponenten, während die geforderten mechanischen Leistungen erhalten bleiben.
Hergestellte Komponenten und mechanische Leistungen
Hergestellte Verbinder und Halterungen zeigen eine vergleichbare Festigkeit wie herkömmliche Komponenten, jedoch mit geringerer Umweltbelastung, nachgewiesen durch LCA-Analysen.
Das Projekt konzentriert sich auf zwei Arten von Komponenten: Halterungen für hinterlüftete Fassadensysteme (VHF) und Verbinder für tragende Strukturen. Beide müssen strenge normative Anforderungen an Windlasten und strukturelle Sicherheit erfüllen.
Produktionsverfahren
- Auswahl: Der Schrott wird nach Zustand und chemischer Zusammensetzung klassifiziert.
- Atomisierung: Der VIGA-Prozess wandelt das geschmolzene Metall in kugelförmiges Pulver von 15-45 Mikrometern um.
- Druck: Das Laser-Pulverbettschmelzen baut das Bauteil Schicht für Schicht auf.
- Qualifikation: Mechanische Tests überprüfen die Einhaltung der Branchenstandards.
Die mechanischen Eigenschaften der gedruckten Bauteile sind mit denen traditioneller Bauteile vergleichbar. Die geometrische Freiheit des 3D-Drucks ermöglicht zudem eine Optimierung der Materialverteilung, wodurch Gewicht und Abfall reduziert werden.
Umweltauswirkungen und industrielle Skalierbarkeit
Die Wiederverwendung von Abfall reduziert Emissionen und den Bedarf an Rohstoffgewinnung, erfordert jedoch strenge Produktionsstandards und Lebenszyklusanalysen gemäß europäischen Vorschriften.
Die Lebenszyklusanalyse folgt der Norm DIN EN 15804, die die Regeln für Umweltproduktdeklarationen (EPD) im Bausektor festlegt. Dies ermöglicht direkte Vergleiche mit traditionellen Lösungen.
Erste Schätzungen zeigen ein Treibhauspotenzial zwischen 23,8 und 33,5 kg CO₂e pro kg Bauteil, basierend auf dem für 2030 erwarteten Strommix. Der Wert wird mit zunehmendem Anteil erneuerbarer Energien im Stromnetz voraussichtlich sinken.
Der Umweltnutzen steigt erheblich, wenn die Bauteile für Demontage und Wiederverwendung ausgelegt sind. In Gebäuden mit Gasheizung verstärken die Betriebseinsparungen den Vorteil; bei Wärmepumpen ist der Effekt weniger ausgeprägt.
Die Ausbeute von 60% bei der Pulverrückgewinnung stellt eine konkrete industrielle Machbarkeitszahl dar. Aus 50 kg Schrott werden etwa 30 kg verwertbares Pulver gewonnen. Die Herausforderung bleibt die Standardisierung des Prozesses, um eine gleichbleibende Qualität über verschiedene Chargen von Abfallmaterial zu gewährleisten.
Abfall in Struktur verwandeln: eine industrielle Realität
Abfall in Struktur zu verwandeln ist keine Science-Fiction: Es ist eine’konkrete, nachhaltige und skalierbare industrielle Anwendung. Das Projekt AddMamBa zeigt, dass die’Kreislaufwirtschaft im Bauwesen durch fortschrittliche additive Technologien realisiert werden kann.
Die Kombination aus kompositioneller Kontrolle, topologischer Optimierung und digitalen Planungswerkzeugen schafft einen vollständigen Workflow. Für Planer, Fassadenbauer und Metallpulverhersteller integriert dieser Ansatz thermische und mechanische Leistung sowie End-of-Life-Management in einer einzigen Lösung.
Erkunde die Details des Projekts AddMamBa, um zu verstehen, wie du diese Lösung in deine Produktionsprozesse und die Dekarbonisierungsstrategien der Lieferkette integrieren kannst.
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Fragen & Antworten
Was ist das Hauptziel des AddMamBa-Projekts?
Das AddMamBa-Projekt zielt darauf ab, Stahlabfälle durch 3D-Druck in tragende Bauteile für den Bauwesen-Bereich umzuwandeln. Dieser Prozess trägt dazu bei, Emissionen und Abfall im Baugewerbe zu reduzieren und fördert die Kreislaufwirtschaft.
Wie wird der Stahlabfall in ein für den 3D-Druck geeignetes Material umgewandelt?
Die Stahlabfälle werden zunächst ausgewählt und chemisch analysiert. Anschließend werden sie mittels des VIGA-Verfahrens in Metallpulver mit einer Korngröße zwischen 15 und 45 Mikrometern atomisiert, was ideal für den 3D-Druck ist.
Welche Arten von Komponenten werden mit dieser Technologie hergestellt?
Zu den produzierten Komponenten gehören Halterungen für vorgehängte Fassaden und Verbindungselemente für tragende Strukturen. Diese Bauteile erfüllen strenge Normvorgaben hinsichtlich Windlasten und struktureller Sicherheit.
Welche 3D-Drucktechnologie wird verwendet und welche Vorteile bietet sie?
Es wird die LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) eingesetzt, die eine Herstellung von Bauteilen ohne Formwerkzeuge oder Utensilien ermöglicht. Zudem erlaubt sie eine optimierte Gestaltung und Materialverteilung, wodurch Gewicht und Abfall reduziert werden.
Welchen ökologischen Einfluss hat der beschriebene Prozess?
Die Wiederverwendung von Stahlabfällen reduziert CO₂-Emissionen und den Bedarf an neuem Materialabbau. Laut LCA-Analysen liegt das Global Warming Potential zwischen 23,8 und 33,5 kg CO₂e pro Kilogramm Bauteil, mit weiterem Verbesserungspotenzial.
