TRR277 A02 – Partikelbett-3-D-Druck mit der selektiven Zementleim-Intrusion (SPI) – Funktionalisierung der Partikeloberfläche, Partikelsynthese und Integration von WAAM-Bewehrung

Motivation

Um die Herstellung tragender Stahlbeton-Elemente mittels SPI zu ermöglichen, ist die Integration von Bewehrung notwendig. Der in diesem Projekt gewählte Ansatz besteht aus einer hybriden Fertigung der Bewehrung mithilfe von WAAM simultan zum SPI-Verfahren. WAAM eignet sich sehr gut, um großvolumige Komponenten mit hoher Aufbaurate zu fertigen. Die schichtweise Fertigung ermöglicht eine hohe geometrische Komplexität, wodurch neue Formen von Stahl-Bewehrungen in Beton-Bauteilen, bspw. kraftfluss-optimierte Strukturen, integriert werden können.

Zielsetzung

Für eine Kombination der Verfahren SPI und WAAM ist es notwendig, geeignete Kühlstrategien zu entwickeln, um den vom Schweißprozess bedingten Wärmeeintrag in das Partikelbett und in den Zementleim zu minimieren. Des Weiteren werden bei den Projektpartnern Zementleime und neue Partikel entwickelt sowie funktionalisiert, welche erhöhten Temperaturen während des Fertigungsprozesses standhalten.

Vorgehen

Seitens iwb werden zu Beginn des Projekts geeignete Prozessparameter für das WAAM der Bewehrungsstrukturen identifiziert und Prozessuntersuchungen durchgeführt. Dabei wird das Abkühlverhalten der gefertigten Bewehrungsgeometrien mit thermografischen Aufnahmen analysiert. Darauf aufbauend werden Regressionsanalysen durchgeführt, um die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge beim WAAM von Stahlbewehrung zu quantifizieren. Zur Erweiterung des Prozessverständnisses werden numerische Prozessmodelle erstellt. Diese bilden die Temperaturverteilungen im WAAM-gefertigten Bauteil ab und berücksichtigen die Einflüsse von gezielt gekühlten Bereichen. Somit kann eine geeignete Kühlstrategie theoretisch abgeleitet sowie anschließend in den Versuchsaufbau integriert und validiert werden.

 

Produktionszyklus SPI und WAAM