Die Kombination von ultrahochfestem Beton und Sand 3D-Druck für kreative Architektur

Die additive Fertigung eröffnet im Bauwesen und in der Architektur beinahe täglich völlig neue Möglichkeiten der Gestaltung und nie dagewesene Einsatzbereiche. Die Kombination der Technologie mit neuen Werkstoffen wie beispielsweise ultrahochfester Beton (UHFB), auch „Ultra High Performance Concrete“ (UHPC) genannt, ermöglicht beispielsweise vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten, wie etwa die Fertigung extrem dünner Bauteile und spiegelglatte oder filigrane Oberflächen.

Ultrahochfester Beton (UHCP) – Der Beton der Zukunft

Die Abkürzung UHPC seht für den englischen Begriff „Ultra High Performance Contrete“. Unter dieser Bezeichnung werden Betonsorten mit besonders hoher Dichte und Festigkeit zusammengefasst. Um zu dieser Kategorie zu zählen, muss eine Betonmischen verschiedene Charakteristika erfüllen. Beispielsweise beträgt die übliche, aber nicht durch eine Norm definierte Grenze für die Unterscheidung zu Normalbeton eine Druckfestigkeit von über 150 N/mm² sowie einen Wasserzementwert (w/z-Wert) der unterhalb von 0,25 kg/cm³ liegt. Der Wasserzementwert bezeichnet das Verhältnis zwischen der Masse des Wassers und der Masse des Betons. Im Deutschsprachen Raum hat sich neben der Bezeichnung UHCP auch die Übersetzung Ultrahochfester Beton (UHFB) verbreitet. Besondere Eigenschaften kommen UHCP-Beton besonders im Hinblick auf seine Oberflächen zu gute. Dank zugesetzter Feinstoffe zeichnet sich UHCP durch eine porenfreie Oberfläche aus und ist damit beständiger gegen Umwelteinwirkungen. Mit seiner hohen Festigkeit eignet sich der Baustoff besonders in der filigranen Architektur.

Kreative Betonarchitektur dank der additiven Fertigung

Der Architekt Philippe Morel vom Studio EZCT Architecture & Design Research in Paris nutzte als einer der ersten Pioniere Sandformen aus dem 3D-Drucker für die Forschung mit ultrahochfestem Beton.

Für ein spektakuläres UHPC-Exponat, das 2014 auf einer Architekturmesse im FRAC Centre in Orléans zu sehen war, druckte voxeljet insgesamt 130 Sandformhälften für den Betonguss. Um eine möglichst feine Betonstruktur zu erreichen, wurden die Formhälften nach dem Druck innen und außen mit Epoxidharz infiltriert und anschließend verklebt. Danach standen der Abguss mit ultrahochfestem Beton sowie die Montage der Einzelteile auf dem Programm.

Was wir brauchten, war ein schneller und kostengünstiger Prozess zur Herstellung von Formen für den UHPC-Abguss. Derzeit ist für uns der 3D-Druck von Sandformen auf den schnellen voxeljet-Maschinen die einzige wirtschaftliche Alternative für unsere Forschungsarbeiten.

Phillip Morel, ArchitektStudio EZCT Architecture & Design Research

Um zu demonstrieren, wie die komplexe Struktur aus UHPC entstanden ist, hat Philippe Morel die 3D gedruckten Sandformen an dem Bauteil nur teilweise entfernt. Als künftige Alternative zu dieser Herstellmethode sieht Philippe Morel einzig den direkten 3D-Druck von Bauteilen aus hochfestem Beton ohne den Umweg über die Sandform. Doch auch ein hybrider Ansatz ist weiterhin denkbar und wird auch vielfach angewendet: Der 3D-Druck großformatiger Schalungselemente für den Betonguss.

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