08/12/2021
Door Ad Spijkers
Een traditie uit het Ertsgebergte ontmoet technologie van de toekomst.
Een onderzoeksteam van de Technische Universität Chemnitz en het Steinbeis Innovationszentrum FiberCrete gebruikten robots om laag voor laag een kaarsenboog te creëren van met vezels versterkt beton. De 120 cm brede, 60 cm hoge en 14 kg zware bogen werden in een additive manufacturing proces en op basis van een speciaal recept vervaardigd met behulp van twee robots.
Twee robots voor 3D betonprinten
In dit ietwat ongebruikelijke referentieonderdeel van een onderzoeksproject zit kennis van jarenlang onderzoek verborgen. Al meer dan vijf jaar werken onderzoekers aan lichtgewicht constructies in de bouw. Dit doen ze de ontwikkeling van additieve manufacturing technologieën voor de efficiënte productie van lichtgewicht betonelementen met vezelversterking. De onderzoekers hebben belangrijke wetenschappelijke fundamenten kunnen leggen met betrekking tot materiaal- en technologieontwikkeling, die nu in verschillende toepassingen in de praktijk worden gebracht in gerichte onderzoeksprojecten. Dit was mogelijk dankzij de steun van de Deutsche Forschungsgemeinschaft, de Sächsische Aufbaubank und de Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen.
De basis voor het 3D betonprinten is een opstelling met twee robots. De eerste robot genereert de materiaalafvoer via betonextrusie, waarbij de onderzoekers flexibel zijn door het gebruik van verschillende nozzles. De betonafvoerunit bestaat uit een speciale mengpomp en een schroeftransporteur met bak. Door verschillende gereedschappen te installeren, kan de tweede robot worden gebruikt voor bijvoorbeeld frezen, voor het leggen van vezelstrengen of voor het positioneren van ankers.
Software verdeelt in lagen
Voordat de robots aan het werk kunnen, wordt speciale software gebruikt als onderdeel van de productieplanning. Hiermee kunnen verschillende ontwerpvarianten worden ontworpen voor productie. Deze software wordt gebruikt om de geometrieën te creëren en parametrisch voor te bereiden, ze op te splitsen in afzonderlijke lagen en de paden voor de robots te plannen. Op basis hiervan worden de uiteindelijke robotcommando's afgeleid.
De wetenschappers implementeerden het idee om kaarsbogen als referentiecomponent te printen samen met het FiberCrete (eveneens in Chemnitz), dat de juiste met vezels versterkte betonformulering ontwikkelde. Het juiste mengsel moet tijdens het transport kunnen worden verpompt, moet na het lossen snel verstijven om de opbouw van meerdere lagen te garanderen.
Verdere productontwikkelingen op het gebied van 3D betonprinten zijn in voorbereiding. De ontwikkeling van geautomatiseerde additieventechnologieën voor een efficiënte productie kan de koers bepalen voor de verandering in de bouwsector in de nabije toekomst", zegt Gelbrich.
Kaarsenbogen
De kaarsenboog is een decoratief element van de kerstperiode dat op veel plaatsen de vensterbanken van huizen siert. De kaarsen symboliseren de contemplatieve sfeer - een oude traditie die in de 18e eeuw in het Ertsgebergte (op de grens van Saksen en Tsjechië) is ontstaan.
Foto: Susanne Viertel