3D-Druck von leichten, isolierten Wänden mit Zement

Die Forschung an der ETH Zürich in Zusammenarbeit mit der FenX AG nutzt die Leistungsfähigkeit der formlosen Fertigung durch groß angelegten robotergestützten 3D-Druck und befasst sich mit der Verwendung von zementfreiem Mineralschaum aus recyceltem Abfall. Das Ziel besteht darin, Wandsysteme zu bauen, die monolithisch, leicht und sofort isoliert sind und so den Materialverbrauch, den Arbeitsaufwand und die damit verbundenen Kosten minimieren.

Zementfreier Mineralschaum ist ein poröses Material, das in unterschiedlichen Dichten aufgetragen werden kann und so die Isolierung und Festigkeit gezielt dort verteilt, wo es benötigt wird. Diese Technik optimiert die Wärmeleistung und den Energieverbrauch, die zur Beheizung von Innenräumen erforderlich sind. Darüber hinaus erleichtert die Verwendung eines einzigen Materials mit unterschiedlichen Dichten die zukünftige Wiederverwendung und das Recycling seiner Teile, die bereits einen geringeren CO2-Fußabdruck haben als Kunststoff- oder Porenbetonschäume.

Das konkrete Projekt heißt Airlements. Mit einer Höhe von 2 Metern ist Airlements ein Prototyp einer Wand, die aus der Montage von vier 3D-gedruckten Teilen besteht. Jedes Hohlsegment wiegt 25 kg und wurde in weniger als einer Stunde gedruckt und dann im Laufe einer Woche in einer kontrollierten Umgebung aushärten gelassen. Diese Konfiguration arbeitet in einem Temperaturbereich von 20 bis 28 Grad Celsius und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 20 bis 70 % und macht eine energieintensive Verarbeitung überflüssig, ein erheblicher Fortschritt gegenüber früheren Studien mit zementfreien Mineralschäumen. Die gewellte Textur jedes Teils verleiht der endgültigen Struktur eine größere Festigkeit und strukturelle Integrität.

Um daraus ein zusammenhängendes monolithisches System zu machen, kann der Hohlkern mit Mineralschaum gefüllt und mit einer Schutzschicht aus zementfreiem Putz verschlossen werden. Dadurch können sie als nichttragende Außenwände genutzt werden. Darüber hinaus ermöglicht der Gießprozess die nahtlose Integration von Bewehrungen und Infrastruktureinrichtungen und erweitert so die Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie. Im weiteren Verlauf der Forschung wird der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Belastbarkeit der resultierenden Elemente und der Verfeinerung der Fertigungspräzision des 3D-Drucksystems liegen.

Team DBT: Patrick Bedarf, Anna, Szabo, Prof. Benjamin DillenburgerTeam FenX: Alex Heusi, Aybige, Öztüre, Lex Reiter, Enrico Scoccimarro, Michele Zanini, Etienne JeoffroyTechnische Unterstützung: Tobias Hartmann, Cilgia Salzgeber, Jonathan Leu, Lucas Petrus, Philippe Fleischmann, Michael Lyrenmann, Heinz Richner, Bharath Seshadri, Angela YooFotografie: Hyuk Sung KwonFinanzierung: Innosuisse 41905.1 IP-EE