“Building the Future: Exploring the Potential of 3D Printing in Construction”
Das Erstellen dreidimensionaler Festkörperprodukte aus einer computergestützten digitalen Datei wird als 3D-Drucken bezeichnet, auch bekannt als additive Fertigung.
Zu Beginn wurde der Begriff “3D-Drucken” bezog sich auf das Verfahren des Auftragens von Schichten eines Bindemittels auf ein Pulverbett unter Verwendung von Inkjet-Druckköpfen. Die Definition umfasst jedoch heute eine breitere Palette additiver Fertigungsverfahren, einschließlich selektives Laserschmelzen und Elektronenstrahl-Schmelzen.
Anfang der 1980er Jahre entwickelte der japanische Erfinder Hideo Kodama zwei additive Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Kunststoffmodelle, aus denen die Idee der additiven Fertigung entstand. Er erzeugte 3D-gedruckte Strukturen mit einem aushärtenden duroplastischen Polymer.
Zugriff auf einen Beispielbericht (einschließlich Grafiken, Diagrammen und Abbildungen): https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
Was sind 3D-Drucker?
Einfach ausgedrückt verwenden 3D-Drucker CAD (Computer Aided Design), das von der 3D-Technologie angetrieben wird, um 3D-Objekte aus einer Vielzahl von Materialien herzustellen, darunter geschmolzener Kunststoff, Pulver und Beton. Ein 3D-gedrucktes Haus kann mit einer Vielzahl von 3D-Druckern erstellt werden, deren Größe und Design von kleinen Gebäudemodellen, die auf einen Tisch passen, variieren. 3D-Drucker gibt es in drei Grundkategorien, und sie arbeiten alle etwas anders.
Arten von 3D-Druckern
·Stereolithographie (SLA-Drucker)– 3D-Drucker, die die Stereolithographie (SLA)-Technologie verwenden, können flüssiges Harz in Kunststoff umwandeln.
·Selektives Lasersintern (SLS-Drucker) –SLS-Drucker (selektives Lasersintern): Diese Drucker sintern Polymerpulverpartikel mit einem Laser zu festen Strukturen zusammen.
·Fused Deposition Modeling (FDM-Drucker) –Diese Drucker erzeugen geschichtete Dinge, indem sie geschmolzene thermoplastische Filamente durch eine beheizte Düse freisetzen. Der 3D-Konstruktionsansatz wird von diesen Druckern am häufigsten eingesetzt.
Wie wird der 3D-Druck in der Bauindustrie eingesetzt?
Seit den 1980er Jahren wurden mehrere Fragen zur 3D-Drucktechnologie aufgeworfen. Die Weiterentwicklung der Methode selbst, die den Bau dreidimensionaler Objekte durch Überlagerung aufeinanderfolgender Materialschichten ermöglicht, hat ihr jedoch eine größere Relevanz verliehen. Diese Bauweise ist sehr anpassungsfähig und kann verwendet werden, um bestimmte Projektelemente sowie eine Vielzahl komplexer Strukturen in ihrer Gesamtheit zu erstellen, einschließlich Häusern oder Wohnräumen, Büros, Brücken, Wänden, modularen Strukturen, Bewehrungsformen, Säulen, Stadtmöbeln und sogar dekorativen Elementen.
Ein erheblicher Teil des Wissens, das zur Umsetzung dieser Technologie im Bauwesen erforderlich ist, stammt aus der Designphase. Die Integration der 3D-Drucktechnologie ist weniger schwierig, da die Branche bereits über Erfahrung mit computergestützter Fertigung verfügt und BIM (Building Information Modeling) in der Bauwirtschaft floriert. Ein 3D-Drucker erhält die notwendigen Informationen von einem CAD- oder BIM-Programm, und die Maschinen beginnen, Materialebenen gemäß den Signalen zu überlagern. Dies kann mit einer Vielzahl von Materialien erfolgen, von denen eine Mischung aus Sand, Fasern, Geopolymeren und Beton am beliebtesten ist.
Laut einer Umfrage von Research and Markets hat sich der 3D-Druck in den letzten zehn Jahren so positiv entwickelt, dass sein Marktwert in der Bauindustrie bis 2028 voraussichtlich bis zu USD $ 1.034.096,7 Tausend erreichen wird. Dies erhöht seine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 2021 bis 2028 um 91,5 %.
3D-Druck im Bauwesen weltweit
Konstruktion und bessere Infrastruktur werden immer gefragter, insbesondere in Großstädten. Im Vergleich zu 1800, als nur 3 % der Bevölkerung in Städten lebten, lebten 1900 bereits 15 % mehr Menschen in Städten. Bis 2050 wird der World Economic Forum prognostizieren, dass zwei Drittel der Weltbevölkerung in Großstädten leben werden, gegenüber dem aktuellen Anteil von 55 %.
Zahlreiche staatliche Initiativen, die die Nutzung des 3D-Drucks unterstützen, werden derzeit weltweit durchgeführt. Dubai, wo bis 2030 25 % der Gebäude mit 3D-Drucktechnologie erstellt werden müssen, ist eine der Städte, die in diesem Rennen die Führung übernehmen wollen.
Abbildung 1
Abbildung 2
Verfügbare Technologien für den 3D-Druck im Bauwesen
Roboterarm-Extruder
Roboterarm-Extruder sind derzeit auf dem Markt gängig bei den 3D-Drucktechnologien. Diese Technik wird als Contour Crafting bezeichnet. Sie funktioniert ähnlich wie ein Desktop-FDM-3D-Drucker. Die Schienen sind in einem Muster angeordnet, das es dem Roboterarm ermöglicht, sie Schicht für Schicht zu durchlaufen und dabei Beton zu extrudieren, der aus der Düse austritt. Diese Methode des 3D-Drucks von XL-Gebäuden ist die beliebteste.
3D-Druck mit Sand
Die industriellen 3D-Druckverfahren wie SLS (Selective Laser Sintering) und Jet Fusion sind vergleichbar mit dem hier erklärten 3D-Verfahren. Der italienische Architekt Enrico Dini war der erste, der es mit seinem D-Shape 3D-Drucker auf die Probe stellte. Bevor die Form des Bauwerks mit einem Bindemittel verfestigt wird, beschichtet die Maschine die Oberfläche mit Sandpulver. Dies ist mit dem Betrieb eines Metall-3D-Druckers vergleichbar.
Metalltechnologie
WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) wurde vom niederländischen Startup MX3D für stärker beanspruchte Strukturen wie Brücken entwickelt. Ein Industrieroboter und eine Schweißmaschine wurden von dem Unternehmen kombiniert, und das Ergebnis war ein 3D-Drucker, der mit einer speziell für die Aufgabe entwickelten Software betrieben wurde. Der Roboter verfügt über eine 6-Achsen-Konfiguration für den 3D-Druck von Metallstrukturen.
Vorteile des 3D-Drucks für das Bauen
·Verbesserte Designflexibilität –Die Erstellung komplexer Designs ist eine erhebliche architektonische Herausforderung, die der 3D-Druck bewältigen kann. Computerprogramme, die programmiert werden können, um komplexe und schwierige Designs auszuführen, werden von Bau-3D-Druckern verwendet.
·Anpassung an BIM –BIM Durch den Einsatz der 3D-Technologie hat das Building Information Modeling das Bauen verändert. Es zeigt Bilder von riesigen Gebäuden und Strukturen, bevor sie tatsächlich gebaut werden. Dieser Durchbruch kann durch den 3D-Druck im Bauwesen vorangetrieben werden, indem er sich in BIM integriert und komplexe Designs mit nahezu perfekter Genauigkeit ausführt.
·Reduzierung von menschlichen Fehlern –Die Grundlage des 3D-Drucks ist der vorprogrammierte, automatisierte Betrieb ohne menschlichen Einfluss. Dies eliminiert im Wesentlichen Fehler, die von Menschen verursacht werden. Darüber hinaus benötigen 3D-Drucker nicht viel menschliche Aufsicht.
·Beitrag zum umweltfreundlichen Bauen –Der beliebteste Gebäudetyp tendiert schnell zum umweltfreundlichen Bauen. Bauunternehmen haben als Reaktion auf das wachsende Bewusstsein für den Klimawandel damit begonnen, umweltfreundliche Baumethoden anzuwenden. Durch die Verwendung von ausrangierten und wiederverwendeten Baumaterialien zur Herstellung von 3D-gedruckten Strukturen können 3D-Drucker einen wesentlichen Beitrag zu diesem Vorhaben leisten.
Nachteile von 3D-gedruckten Konstruktionen
·Hoher Stromverbrauch –3D-Drucker verbrauchen mehr Strom als jede andere traditionelle Bautechnik. Zusätzlich zu den Umweltkosten der Stromerzeugung mit einer so hohen Kapazität ist die Deckung eines so großen Energiebedarfs teuer.
·3D-Drucker sind teuer –Die Nutzung des 3D-Drucks ist derzeit wirtschaftlich nicht rentabel, da sich die Technologie noch in den Kinderschuhen befindet. Die Anfangsinvestition, die für die Einrichtung einer 3D-Druckanlage für den Bau von Strukturen erforderlich ist, ist erheblich, und in ihrer aktuellen Konfiguration ist sie zu teuer, um sie im primären Bausektor einzusetzen.
·Materialknappheit –Konventionelle Baumaterialien können mit 3D-Druckern nicht verwendet werden. Ein 3D-Drucker benötigt Spezialmaterialien, die noch nicht weit verbreitet sind. Aufgrund des deutlichen Kostenanstiegs des Materials aufgrund von Knappheit und des teuren Druckers ist es nicht machbar, es für den groß angelegten Bau einzusetzen.
Marktgröße für 3D-Druck im Bauwesen
1. 3D-gedrucktes Einfamilienhaus in Moskau
Ein 3D-gedrucktes Haus wurde in Moskau von dem amerikanischen Technologieunternehmen Apis Cor gebaut. Das Haus ist das erste seiner Art, das Automatisierung im Hausbau einsetzt, und ist identisch mit jeder anderen Betonkonstruktion. Die Gesamtkosten der Konstruktion betrugen weniger als 10.000 US-Dollar.
2. Größtes 3D-gedrucktes Gebäude der Welt in Dubai
Kürzlich gab es neue technologische Fortschritte im Nahen Osten, insbesondere in den VAE. Das Guinness-Buch der Weltrekorde hat bereits die Behauptung des Emirates Tower Complex bestätigt, dass es sich um das größte 3D-gedruckte Gebäude der Welt handelt, und setzt diesen Trend im 3D-Druck fort. Das zweistöckige Gebäude, das von Apis Cor errichtet wurde, hat eine Fläche von 640 m2 und eine Höhe von 9,5 m.
3. 3D-gedruckte Häuser in Nordamerika und der Karibik
Weltweite Gemeinden und gemeinnützige Organisationen setzen die 3D-Betondrucktechnologie ein, um die Krise des bezahlbaren Wohnraums zu lösen. Zum Beispiel baute New Story, eine gemeinnützige Organisation, Mexikos erstes 3D-gedrucktes Haus in rekordverdächtigen 24 Stunden. Seitdem hat das Unternehmen Stadtteile mit 2.000 Häusern gebaut, die alle mit der 3D-Druck-Bautechnik errichtet wurden.
Die Zukunft
Eine wachsende Anzahl von Projekten auf der ganzen Welt zeigt, dass 3D-Druckstrukturen das Potenzial hat, eine revolutionäre, die Branche verändernde Technologie zu sein, die eine Reihe von Problemen angeht, die derzeit den Bausektor plagen. Das Ausmaß der Ambitionen ist enorm; beispielsweise wird erwartet, dass bis 2030 25 % der neuen Strukturen in Dubai 3D-gedruckt werden. Um es milde auszudrücken, die Verwendung des 3D-Drucks im Bausektor hat eine vielversprechende Zukunft.
Fazit
Die Bauindustrie ist trotz der Tatsache, dass der 3D-Druck noch viele langwierige Probleme hat, auf Innovation ausgerichtet. Traditionelle Baumethoden können ineffizient, kostspielig, zeitaufwändig und umweltschädlich sein. Dank der Genauigkeit, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit des 3D-Drucks haben Bauingenieure zahlreiche Möglichkeiten, diese Herausforderungen anzugehen und es möglicherweise einfacher und erschwinglicher zu machen, bewohnbare Strukturen zu entwerfen und zu bauen.
Autor: Sonu Kumar Sah
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