Neuer Sonderforschungsbereich "Additive Fertigung im Bauwesen"

Zusammenarbeit der TU Braunschweig und der TU München im Bereich tragender Holzbauteile

Ziel eines neuen Sonderforschungsbereiches "Additive Fertigung im Bauwesen" der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ist es, die additive Fertigung für das Bauwesen interdisziplinär und standortübergreifend zu erforschen. Innerhalb des Projektes werden Dr. Frauke Bunzel vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI Braunschweig und Dr. Klaudius Henke von der TU München gemeinsam das Teilprojekt "Additive Fertigung von tragenden Holzbauteilen durch Individual Layer Fabrication (ILF)" leiten.

In der additiven Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, werden Objekte durch einen schichtweisen Aufbau hergestellt. Dadurch können geometrische Formen und der Aufbau frei gestaltet werden. Im Bauwesen bietet diese Technologie auch die Möglichkeit einer effizienteren Produktion von Bauteilen, die im Ergebnis den Energie- und Materialverbrauch senkt. Im Teilprojekt "Additive Fertigung von tragenden Holzbauteilen durch Individual Layer Fabrication (ILF)" gehen Dr. Frauke Bunzel vom Fraunhofer WKI und Dr. Klaudius Henke von der TU München der Frage nach, wie man additive Fertigung dazu nutzen kann, um belastbare und ressourcenschonende Bauelemente aus nachwachsende Rohstoffen herzustellen.

Herkömmliche Verfahren der additiven Fertigung durch Binden von Holzpartikeln mit einem Klebstoff erfordern in der Regel einen hohen Bindemitteleinsatz. Außerdem haben die so erzeugten Produkte mechanische Eigenschaften, die nicht für strukturelle Anwendungen geeignet sind. Bunzel und Henke verfolgen daher einen neuen Ansatz: Sie wollen Bauteile durch das Laminieren einzelner Schichten von Holzverbundwerkstoffen aufbauen. Dafür wenden sie das neuartige Verfahren "Individual Layer Fabrication" (ILF) an. Die Form der einzelnen Schichten soll durch selektives Binden von Partikeln erreicht werden. Damit unterscheidet sich das ILF-Verfahren vom Einzelschichtverfahren "Laminated Object Manufacturing" (LOM), bei dem jede aufzulaminierende Schicht durch Konturschnitt subtraktiv in Form gebracht wird. Darüber hinaus sollen die Schichten im ILF-Verfahren unter Anwendung von mechanischem Druck hergestellt werden. Dadurch können die für Bauanwendungen erforderlichen mechanischen Eigenschaften erreicht und die erforderliche Menge an Bindemittel reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es als kontinuierlicher Prozess organisiert werden kann, was dazu beiträgt, die Baugeschwindigkeit zu erhöhen. Neu an diesem Vorhaben ist außerdem die Herstellung von Elementen mit ungefüllten, geschlossenen Hohlräumen, welche bei anderen Verfahren des selektiven Bindens nicht erstellt werden können. "Mit unserem Forschungsprojekt können wir den nachwachsenden Rohstoff Holz, als Frischholz oder aus den Resten der holzverarbeitenden Industrie, in die großtechnische additive Fertigung bringen", sagt Bunzel.

Sonderforschungsbereiche der DFG sind langfristige, auf die Dauer von bis zu zwölf Jahren angelegte Forschungseinrichtungen der Hochschulen. Sie ermöglichen die Bearbeitung innovativer, anspruchsvoller und aufwendiger Forschungsvorhaben. In der Programmvariante SFB/Transregio arbeiten mehrere Hochschulen standortübergreifend zusammen. Der von der DFG geförderte SFB/Transregio "Additive Fertigung im Bauwesen" (TRR 277) beginnt im Januar 2020 und hat eine Laufzeit von zunächst vier Jahren.

Aus Holzspänen additiv gefertigter Zylinder (© Fraunhofer WKI/Manuela Lingnau)