Bindemittel und Beschichtungen

Forschungsprojekt

Additive Fertigung von tragenden Holzbauteilen durch Individual Layer Fabrication (ILF)

Kommen Bauelemente für Gebäude bald aus dem Drucker? Herkömmliche Bauweisen sind materialintensiv. Durch additive Fertigung (3D-Druck) könnten Häuser in Zukunft schneller und ressourcenschonender gebaut werden. Außerdem erlaubt diese Technologie eine hohe Gestaltungsfreiheit. Zusammen mit der Technischen Universität München gehen wir in diesem Projekt der Frage nach, wie man additive Fertigung nutzen kann, um tragende Bauelemente aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Wir entwickeln ein neues Verfahren: Individual Layer Fabrication (ILF). Damit wollen wir den Materialeinsatz auf ein Minimum reduzieren.

Im Hintergrund sieht man zwei Hälften eines zylindrischen Probekörpers, der mithilfe der additiven Fertigung aus Holzspänen hergestellt wurde. An der Schnittfläche kann man die Schichten erkennen. Im Vordergrund liegen drei kreisförmige Schichten, die zur Herstellung des Zylinders eingesetzt wurden
© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau
Erste Versuche mit Probekörpern zeigen: Holzbauteile für den Bau könnten künftig schnell und ressourcenschonend mithilfe der additiven Fertigung hergestellt werden.

Bei den derzeit üblichen 3D-Druck-Verfahren mit holzbasierten Filamenten werden Holzpartikeln mit einem thermoplastischen Bindemittel gebunden. Dies erfordert in der Regel einen hohen Bindemitteleinsatz. Außerdem haben die so erzeugten Produkte mechanische Eigenschaften, die nicht für strukturelle Anwendungen wie Stützen oder Träger geeignet sind.

Daher verfolgen wir einen neuen Ansatz: Wir wollen Bauteile durch das Laminieren einzelner Schichten aus Holzpartikeln und Bindemittel unter hohem mechanischen Druck herstellen. Dadurch können die für Bauanwendungen erforderlichen mechanischen Eigenschaften erreicht und die erforderliche Menge an Bindemittel reduziert werden.

Für den Aufbau der einzelnen Schichten wenden wir das neuartige Verfahren »Individual Layer Fabrication« (ILF) an. Die Form der einzelnen Schichten soll durch selektives Binden von Holzpartikeln erreicht werden. Damit unterscheidet sich das ILF-Verfahren vom Einzelschichtverfahren »Laminated Object Manufacturing« (LOM), bei dem jede aufzulaminierende Schicht nachträglich in Form geschnitten wird, was Abfälle produziert.

Ein weiterer Vorteil des ILF-Verfahrens ist, dass sich Elemente mit ungefüllten, geschlossenen Hohlräumen herstellen lassen, was bei anderen Verfahren des selektiven Bindens nicht möglich ist. Dies erhöht den architektonischen Gestaltungsspielraum und könnte zu weiteren Materialeinsparungen führen.

Mithilfe des ILF-Verfahrens können Bauteile in einem kontinuierlichen Prozess vorgefertigt werden. Das trägt dazu bei, die Baugeschwindigkeit zu erhöhen. Neben Frischholz lassen sich mit unserem Verfahren auch Reste der holzverarbeitenden Industrie verarbeiten.

Unser Projekt ist Teil des transregionalen Sonderforschungsbereiches »Additive Manufacturing in Construction (AMC) – The Challenge of Large Scale«, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Übergeordnetes Ziel der Zusammenarbeit ist es, die additive Fertigung für das Bauwesen interdisziplinär zu erforschen. Mit unserem Teilprojekt tragen wir dazu bei, dass nachwachsende Rohstoffe für die großtechnische additive Fertigung im Bauwesen genutzt werden können.

Projektpartner

  • Technische Universität München (Forschungspartner im Teilprojekt)
  • Technische Universität Braunschweig (Leitung des Sonderforschungsbereichs)

Förderung

Fördermittelgeber und Projektträger: Deutsche Forschungsgemeinschaft e. V. (DFG)

SFB-Geschäftszeichen: TRR 277/1 2020

SFB-Projektnummer: 414265976

Laufzeit: 01.01.2020 bis 31.12.2023