„Die Zukunft bauen: Das Potenzial des 3D-Drucks im Bauwesen erkunden“
Die Herstellung von dreidimensionalen Festkörperprodukten aus einer computergestützten digitalen Datei wird als 3D-Druck, auch bekannt als additive Fertigung, bezeichnet.
Ursprünglich bezieht sich der Begriff „3D-Druck“ auf den Prozess der Ablagerung von Schichten eines Bindemittelmaterials auf ein Pulverbett unter Verwendung von Tintenstrahldruckköpfen. Die Definition umfasst heute jedoch ein breiteres Spektrum an additiven Fertigungsverfahren, darunter selektives Laserschmelzen und Elektronenstrahl-basierte additive Fertigung.
Bereits in den 1980er Jahren entwickelte der japanische Erfinder Hideo Kodama zwei additive Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Kunststoffmodelle, die die Idee der additiven Fertigung entstehen ließen. Er schuf 3D-gedruckte Strukturen unter Verwendung eines photohärtenden Duroplasts.
Zugriff auf einen Beispielbericht (einschließlich Grafiken, Diagramme und Abbildungen): https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
Was sind 3D-Drucker?
Vereinfacht ausgedrückt verwenden 3D-Drucker CAD (Computer Aided Design), das von 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, die in Größe und Design von kleinen Baumodellen, die auf eine Tischplatte passen, reichen. 3D-Drucker gibt es in drei Grundkategorien, und sie alle funktionieren etwas anders.
Arten von 3D-Druckern
· Stereolithografische Drucker (SLA-Drucker) – 3D-Drucker, die Stereolithografie (SLA)-Technologie verwenden, können flüssiges Harz in Kunststoff umwandeln.
· Selektives Lasersintern (SLS-Drucker) – SLS-Drucker (selektives Lasersintern): Diese Drucker sintern Polymerpulverpartikel mithilfe eines Lasers zu festen Strukturen.
· Schmelzschichtmodellierung (FDM-Drucker) – Diese Drucker erzeugen Schichtobjekte, indem sie geschmolzene thermoplastische Filamente durch eine beheizte Düse freisetzen. Dieser 3D-Bauansatz wird am häufigsten bei diesen Druckern eingesetzt.
Wie lässt sich der 3D-Druck in der Bauindustrie anwenden?
Seit den 1980er Jahren wurden mehrere Fragen zur 3D-Drucktechnologie aufgeworfen. Der Fortschritt der Methode selbst, die den Bau dreidimensionaler Objekte durch Übereinanderlegen aufeinanderfolgender Materialschichten ermöglicht, hat ihr jedoch eine größere Bedeutung verliehen. Diese Baumethode ist sehr anpassungsfähig und kann verwendet werden, um bestimmte Projektelemente sowie eine Vielzahl komplexer Strukturen in ihrer Gesamtheit zu bauen, darunter Häuser oder Wohnräume, Büros, Brücken, Mauern, modulare Strukturen, Verstärkungsformen, Säulen, Stadtmöbel und sogar dekorative Elemente.
Ein wesentlicher Teil des Wissens, das zur Implementierung dieser Technologie im Bauwesen erforderlich ist, stammt aus der Entwurfsphase. Die Integration der 3D-Drucktechnologie ist weniger schwierig, da der Sektor bereits über Fachkenntnisse in der computergestützten Fertigung verfügt und BIM (Building Information Modeling) in der Baubranche floriert. Ein 3D-Drucker bezieht die notwendigen Informationen aus 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 die beliebteste eine Mischung aus Sand, Fasern, Geopolymeren und Beton 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 1.034.096,7 TUSD erreichen wird. Dies erhöht seine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 2021 bis 2028 um 91,5 %.
3D-Druck im Bauwesen weltweit
Der Bedarf an Bau und besserer Infrastruktur nimmt immer mehr zu, insbesondere in Großstädten. Verglichen mit 1800, als nur 3 % der Bevölkerung in Städten lebten, lebten bis 1900 15 % mehr Menschen in Städten. Bis 2050 prognostiziert das Weltwirtschaftsforum, dass zwei Drittel der Weltbevölkerung in Großstädten leben werden, gegenüber dem derzeitigen Anteil von 55 %.
Zahlreiche Regierungsinitiativen, die den Einsatz des 3D-Drucks unterstützen, werden derzeit weltweit aufgebaut. Dubai, wo bis 2030 25 % der Gebäude mit 3D-Drucktechnologie hergestellt werden müssen, ist eine der Städte, die bei diesem Rennen die Führung übernehmen wollen.
Ausstellung 1
Ausstellung 2
Verfügbare Technologien für den 3D-Druck im Bauwesen
Robotische Armextruder
Robotische Armextruder sind unter den derzeit auf dem Markt befindlichen 3D-Drucktechnologien beliebt. Diese Technik wird als Contour Crafting bezeichnet. Es funktioniert ähnlich wie ein Desktop-FDM-3D-Drucker. Die Schienen sind in einem Muster angeordnet, das es dem Roboterarm ermöglicht, Schicht für Schicht durch sie hindurchzugehen, während Beton 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 mit dem hier erläuterten 3D-Verfahren vergleichbar. Der erste, der es mit seinem D-Shape 3D-Drucker getestet hat, war der italienische Architekt Enrico Dini. Bevor die Form des Bauwerks mit einem Bindemittel verfestigt wird, beschichtet die Maschine die Oberfläche mit Sandpulver. Dies ist vergleichbar mit der Funktionsweise eines Metall-3D-Druckers.
Metalltechnologie
WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) wurde vom niederländischen Startup MX3D für stärker beanspruchte Strukturen wie Brücken entwickelt. Ein Industrieroboter und eine Schweißmaschine wurden vom Unternehmen kombiniert, und das Ergebnis war ein 3D-Drucker, der mit Software betrieben wurde, die speziell für diese Aufgabe entwickelt wurde. Der Roboter hat eine 6-Achsen-Konfiguration für den 3D-Druck von Metallstrukturen.
Vorteile des 3D-Drucks für das Bauen
· Erhöhte Designflexibilität – Die Erstellung komplexer Designs ist eine erhebliche architektonische Herausforderung, die der 3D-Druck bewältigen kann. Computerprogramme, die so programmiert werden können, dass sie komplexe und schwierige Designs ausführen, werden von 3D-Druckern verwendet.
· Anpassung an BIM – BIM Durch den Einsatz von 3D-Technologie hat Building Information Modeling das Gebäudedesign 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 in BIM integriert und komplexe Designs mit nahezu perfekter Genauigkeit ausführt.
· Reduzierung menschlicher Fehler – Die Grundlage des 3D-Drucks ist der vorprogrammierte, automatisierte Betrieb ohne menschlichen Einfluss. Dies beseitigt im Wesentlichen Fehler, die von Menschen verursacht werden. Darüber hinaus benötigen 3D-Drucker nicht viel menschliche Aufsicht.
· Hilfe für den umweltfreundlichen Hochbau – Die beliebteste Art des Bauens entwickelt sich schnell zu einer umweltfreundlichen. Bauunternehmen haben aufgrund des wachsenden Bewusstseins für den Klimawandel begonnen, umweltfreundliche Baumethoden anzuwenden. Durch die Verwendung von ausrangierten und wiederverwendeten Baumaterialien zur Herstellung von 3D-gedruckten Strukturen können 3D-Drucker eine wichtige Rolle bei diesem Unterfangen spielen.
Nachteile von 3D-gedruckten Konstruktionen
· Hoher Stromverbrauch – 3D-Drucker verbrauchen mehr Strom als jede andere traditionelle Bautechnik. Zusätzlich zu den Umweltkosten, die mit der Stromerzeugung mit einer so hohen Kapazität verbunden sind, ist es teuer, einen so großen Strombedarf zu decken.
· 3D-Drucker sind teuer – Es ist derzeit nicht wirtschaftlich rentabel, den 3D-Druck zu verwenden, da sich die Technologie noch in den Kinderschuhen befindet. Die anfängliche Investition, die erforderlich ist, um eine 3D-Druckanlage für den Bau von Strukturen einzurichten, ist erheblich und in ihrer aktuellen Konfiguration zu teuer, um sie im primären Bausektor einzusetzen.
· Materialknappheit – Normale Baumaterialien können nicht mit 3D-Druckern verwendet werden. Für einen 3D-Drucker werden spezielle Materialien benötigt, die noch nicht weit verbreitet sind. Aufgrund des deutlichen Kostenanstiegs des Materials aufgrund der Knappheit und des teuren Druckers ist es nicht möglich, es für den großflächigen Bau einzusetzen.
Marktgröße für den 3D-Druck im Bauwesen
1. 3D-gedrucktes Einfamilienhaus in Moskau
Ein 3D-gedrucktes Haus wurde in Moskau vom 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 gesamten Baukosten beliefen sich auf weniger als 10.000 US-Dollar.
2. Das größte 3D-gedruckte Gebäude der Welt in Dubai
In letzter Zeit gab es im Nahen Osten neue technologische Fortschritte, insbesondere in den VAE. Das Guinness-Buch der Rekorde hat bereits die Behauptung des Emirates Tower Complex bestätigt, dass es sich um das größte 3D-gedruckte Gebäude der Welt handelt, was diesen Trend im 3D-Druck fortsetzt. Das von Apis Cor errichtete zweistöckige Gebäude hat eine Fläche von 640 m2 und eine Höhe von 9,5 m.
3. 3D-gedruckte Häuser in Nordamerika und der Karibik
Weltweite Gemeinschaften und gemeinnützige Organisationen setzen Beton-3D-Drucktechnologie ein, um die Krise des bezahlbaren Wohnraums zu lösen. Zum Beispiel baute New Story, eine gemeinnützige Organisation, Mexikos erstes 3D-gedrucktes Haus in einer Rekordzeit von 24 Stunden. Seitdem hat das Unternehmen Stadtteile mit 2.000 Häusern gebaut, die alle mit der 3D-Druckbautechnik errichtet wurden.
Die Zukunft
Eine wachsende Zahl von Projekten auf der ganzen Welt zeigt, dass 3D-Druckstrukturen das Potenzial hat, eine revolutionäre, branchenverändernde Technologie zu sein, die mehrere Probleme angehen wird, die den Bausektor derzeit plagen. Der Grad des Ehrgeizes ist enorm; So sollen beispielsweise 25 % der neuen Strukturen in Dubai bis 2030 3D-gedruckt sein. Um es milde auszudrücken: Der Einsatz des 3D-Drucks im Bausektor hat eine vielversprechende Zukunft.
Fazit
Die Baubranche ist bereit für Innovationen, obwohl der 3D-Druck noch viele langjährige Probleme hat. Traditionelle Baumethoden können ineffizient, kostspielig, zeitaufwändig und umweltschädlich sein. Dank der Genauigkeit, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit des 3D-Drucks haben Bauingenieure zahlreiche Möglichkeiten, diese Herausforderungen zu bewältigen und es möglicherweise einfacher und erschwinglicher zu machen, bewohnbare Strukturen zu entwerfen und zu bauen.
Autor: Sonu Kumar Sah
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