Panorama

3D-Druck mit Naturfasern

02.08.2022 - Projekt entwickelt neues Verfahren für gedruckte architektonische Bauteile.

Im Projekt 3DNaturDruck sollen aus naturfaser­verstärkten Biopolymeren im 3D-Druck architek­tonische Bauteile, wie etwa Fassaden­elemente entstehen. Dafür werden die Wissen­schaftlerinnen und Wissenschaftler die entsprechenden Komposit­materialien aus Biopolymeren sowohl mit Naturkurz­fasern, als auch mit Naturendlos­fasern entwickeln und für die Verarbeitung mit dem additiven Fertigungs­verfahren FDM – Fused Deposition Modeling – optimieren. Das Ziel der Projektpartner: Neue Designs ermöglichen, die gleichzeitig ökologisch und nachhaltig sind.

Innerhalb des Projektes werden unterschiedliche naturfaser­verstärkte Biopolymer-Komposite untersucht. Die Partner forschen sowohl an Verarbeitungs­verfahren mit sehr kurzen Naturfasern, etwa aus Holz und Stroh, als auch an einem Verfahren für den Druck von Endlosfasern aus Hanf und Flachs in Kombi­nation mit Biopolymeren. Das LZH entwickelt dann Prozesse für diese neuen Materialien und passt Werkzeuge und Düsengeometrien des FDM-Druckers an. Als Demonstrator soll ein Pavillon mit den 3D-gedruckten Fassaden­elementen auf dem Campus der Universität Stuttgart entstehen.

Die Projektpartner wollen erforschen, wie mit der additiven Fertigung Herstellungs­verfahren für architek­tonische Bauteile vereinfacht werden können. Naturfaser­verstärkte Biopolymere sind dabei besonders geeignet, um Bauteile mit komplexen Geometrien mit wenigen Arbeits­schritten und geringem Material- und Kostenaufwand zu realisieren. Mit ihrer Forschung arbeiten die Partner außerdem an gänzlich neuen Ausgangs­bedingungen für die Fabrikation von neu entwickelten architektonischen Bauteilen: So lässt sich etwa die Topologie­optimierung von Bauteilen entsprechend ihrer tragwerks­technischen Beanspruchung mit der additiven Fertigung gut umsetzen.

Interesse am Einsatz von Naturfasern in strukturellen Bauteilen in Architektur und Bauwesen ist groß, denn Naturfasern haben gleich mehrere Vorteile. Sie verfügen über gute mechanische Eigen­schaften bei gleichzeitig geringem Gewicht und sind in hohem Maß verfügbar. Als nachwachsende Ressource mit teilweise sehr kurzen Erneuerungs­zyklen sind sie außerdem ökologisch klar die bessere Alternative als synthetische Fasern. In der additiven Fertigung werden groß­formatige Elemente für den Architektur­bereich bisher meist mit Polymeren auf Basis fossiler Rohstoffe gefertigt. Die Forschung im Projekt 3DNaturDruck soll die Verwendung von Naturfasern in der Architektur nun auch für die additive Fertigung möglich machen. 

LZH / JOL

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