TRR 277 Additive Manufacturing in Construction

Im Zuge der stetig steigenden Anzahl an Bauvorhaben macht sich die geringe Produktivität des Bauwesens in Form von verschobenen Eröffnungsterminen öffentlich bemerkbar. Während leistungsfähige Programme die Planungs- und Entwurfsphasen zwar stetig verkürzen, und Fertigelemente in großer Stückzahl zur Verfügung stehen, erzeugen manuelle Fügeverfahren, herstellungsbedingte Nachbesserungen auf den Baustellen, sowie individuelle Gestaltungsanforderungen erhebliche Verzögerungen und Qualitätsverluste. Das größte Potential zur Produktivitätssteigerung liegt daher in der Entwicklung eines automatisierten Fertigungsverfahrens, welches qualitativ hochwertige Bauteile liefert, ohne dabei enge Vorgaben bezüglich der Bauteilgestaltung zu setzen.

Auf Basis dieser Anforderungen wird im Rahmen des DFG geförderten Projektes: „Additive Manufacturing in Construction“ die Befähigung additiver Fertigungsverfahren für die Herstellung großskaliger Betonbauteile vorangetrieben. Das Ziel ist ein vollautomatisierter Fertigungsprozess auf Basis eines gestaltoptimierten CAD-Bauteils, unter Berücksichtigung lokal definierter Materialeigenschaften. Dazu werden fach- und standortübergreifend potentielle Materialien, Auftragsverfahren und Prozessgestaltungen erforscht. Besonders die Vermeidung individueller Schalungsarbeiten, die in situ Produktion von Armierungen und die Sicherung der Endkontur durch eine aktive Prozessregelung, bei gleichzeitig maximaler Designfreiheit müssen für den angestrebten Automatisierungsgrad umgesetzt werden.

Das match entwickelt diesbezüglich fortschrittliche Bahnplanungsalgorithmen, die das zeitabhängige Materialverhalten frischer Betone besser berücksichtigen als aktuelle 3D-Druckverfahren. Um einen „Print-While-Driving“-Prozess mit mobilen Robotern zu ermöglichen, fokussiert sich die Forschung auf die Trajektorienplanung unter Einbeziehung der dynamischen und kinematischen Fähigkeiten der Roboter. Parallel dazu werden Hardware- und Software-Upgrades erforscht, die Ortungs- und Positionsabweichungen minimieren und die präzise Ausführung der geplanten Bahnen unterstützen. Darüber hinaus konzentriert sich das match auf die Entwicklung kooperativer Robotersysteme, die eine Parallelisierung und Beschleunigung zukünftiger Fertigungsprozesse ermöglichen und gleichzeitig eine hohe Endkonturqualität sicherstellen.