Der 50-Prozent-Balken
Massgeschneiderte, im 3D-Druck hergestellte Schalungen aus Mineralschaum können bis zu 50 % Beton und 60 % des Gesamtgewichts einsparen – verglichen mit herkömmlichen monolithischen Betonkonstruktionen. Die gedruckte Schaumstoff-Geometrie in diesem Prototyp gleicht der Hälfte eines gewölbten Trägers und ist so designt, dass der Beton nur dort angebracht wird, wo Druckfestigkeit gefordert ist.
Der so entstandene Verbundwerkstoff lässt sich aufgrund der Mischung von mineralischen Materialien und der Verwendung von externen Zuggliedern, die das statische Gleichgewicht herstellen, leichter rezyklieren.
Dieser Prototyp zeigt, wie sich mit Mineralschaum im 3D-Druckverfahren massgeschneiderte verlorene Schalungen herstellen lassen, um in geometrisch optimierten Betonkonstruktionen Material und Gewicht zu sparen. Die gedruckte Schaumgeometrie ist darauf ausgelegt, den Beton so zu verteilen, dass ein parabolischer Bogen entsteht, der Druckbelastungen standhält. Der Träger erreicht eine Spannweite von 1,2 m und wird hier nur mit halber Länge gezeigt. Durch den Längsschnitt wird veranschaulicht, wie sich das Material verteilt. Dieses neuartige Verfahren ermöglicht die Herstellung von optimierten komplexen Geometrien, mit denen sich im Vergleich zur herkömmlichen, monolithischen Betonbauweise bis zu 50% Beton und 60% des Gesamtgewichts einsparen lassen. Zudem lässt sich der so entstandene Verbundwerkstoff aufgrund der Mischung aus mineralischen Materialien und der Verwendung von externen Zuggliedern, die das statische Gleichgewicht herstellen, einfacher rezyklieren.
Die Forschung zum Mineralschaum-3D-Druck erfolgt an der Professur für digitale Bautechnologien an der ETH Zürich in Zusammenarbeit mit der FenX AG, einem Start-up für innovative Dämmstoffe und ETH-Spin-off. Die vorgestellte Studie wurde in Zusammenarbeit mit Dr. Cristian Calvo-Barentin durchgeführt, der ehemals bei der Block Research Group, ETH Zürich tätig war.
3D-Visualisierung des Konzepts zur Geschossdeckenkonstruktion. Die blaue Linie markiert den parabolischen Bogen, dem entlang die Festigkeit von Beton benötigt wird. Die rote Linie zeigt die Zugglieder aus Stahl, die für das konstruktive Gleichgewicht sorgen.
