3D-Druck/Additive Fertigung

Prozess- und baustofftechnologische Beratung, Begleitung bei Planung und Ausführung, Bauaufsichtliche Zulassungen

Das 3D-Drucken bzw. die additive Fertigung ist eine neue Bautechnik, die es ermöglicht, (Gestaltungs-) Elemente für den Innen- und Außenbereich, Bauteile sowie Bauwerke (aus Beton, aber auch anderen Materialien) in einem Schichtbauverfahren herzustellen. Neben dem hohen Automatisierungsgrad zeichnet sich diese Bautechnik dadurch aus, dass keine Schalung oder Formen benötigt werden. Dies ermöglicht eine wesentlich größere Form- und Gestaltungsfreiheit als bei konventionellen Herstellungstechniken. Jedoch liegen in der Regel keine technischen Baustimmungen und keine anerkannten Regeln der Technik für das Bauprodukt, das Bauverfahren sowie die hergestellten Bauarten vor.

Unser Leistungsspektrum umfasst:

  • Allgemeine Beratung zur Prozesstechnologie (z.B. Auswahl eines geeigneten Druckverfahrens aus den ablegenden und partikelbett-basierten Techniken)
  • Material- und betontechnologische Beratung (z.B. Auswahl/Entwicklung geeigneter Materialien wie Beton, Lehm oder andere mineralische/(an-) organische Binder-Partikelbett-Systeme für den 3D-Druck)
  • Planung und Erstellung von Prüfkonzepten zur Ermittlung der charakteristischen Material- und Bauteileigenschaften
  • Beratung zur Planung und Ausführung (z.B. Konstruktionsvorschläge gemäß der teils richtungsabhängigen Materialeigenschaften 3D-gedruckter Bauteile, Begleitung der Ausführung)
  • Gutachterliche Begleitung und Unterstützung bei bauaufsichtlichen Zulassungen sowie Entwicklung der entsprechenden Konzepte.

Infoblätter

Infoblatt Nr. 16 3D-Druck / Additive Fertigung im Bau
Infoblatt Nr. 17 3D-Druck / Anwendung in der Baupraxis

Gremienarbeit

DAfStb Arbeitsgruppe Digitaler Betonbau durch additive Verfahren

RILEM TC 267-DFC (Digital fabrication with cement-based materials)

RILEM TC ADC (Assessment of Additively Manufactured Concrete Materials and Structures)

RILEM TC PFC (Performance requirements and testing of fresh printable cement-based materials)

ISO/TC 261/JG 80 (Quality requirements for additive manufacturing in building & construction (structural and infrastructure elements))

Veröffentlichungen

Mechtcherine V.; Kuhn A.; Mai I.; Nerella V.; Weger D.; Ivaniuk E.; Wiens U.:
Additive Fertigung mit Beton – Leitfaden für die Planung und die Durchführung von Projekten
Artikel, Beton- und Stahlbetonbau, Vol. 119 (4), pp. 290-310, Ernst & Sohn, 2024, DOI: https://doi.org/10.1002/best.202400005
Talke D.; Weger D.; Henke K.; Kränkel T.; Lowke D.; Gehlen C.; Winter S.:
Industrieller 3D-Betondruck durch selektive Zementaktivierung - Verfahren, Material, Anwendungen | Industrial 3D concrete printing by selective cement activation - process, material, applications
Bericht, SPP 1542: Leicht Bauen mit Beton - Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit bionischen und mathematischen Entwurfsprinzipien (Abschlussbericht) | SPP 1542: Concrete Light - Future Concrete Structures using Bionic, Mathematical and Engineering Formfinding Principles (Final Report), Technische Universität Dresden, Dresden, 2022
Weger D.; Talke D.; Lowke D.; Henke K.; Gehlen C.; Winter S.:
Additive Fertigung frei geformter Betonbauteile durch selektives Binden mit calciumsilikatbasierten Zementen | Additive manufacturing of free formed concrete elements by selective binding with calcium silicate based cements
Bericht, SPP 1542: Leicht Bauen mit Beton - Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit bionischen und mathematischen Entwurfsprinzipien (Abschlussbericht) | SPP 1542: Concrete Light - Future Concrete Structures using Bionic, Mathematical and Engineering Formfinding Principles (Final Report), Technische Universität Dresden, Dresden, 2022, DOI: DOI: 10.25368/2022.162
Bos F.; Menna C.; Pradena M.; Kreiger E.; da Silva W.; Rehman A.; Weger D.; Wolfs R.; Zang Y.; Ferrara L.; Mechtcherine V.:
The realities of additively manufactured concrete structures in practice
Artikel, Cement and Concrete Research, 156(3):106746, 2022, DOI: 10.1016/j.cemconres.2022.106746
Kränkel T.; Weger D.; Beckhaus K.; Geppert F.; Gehlen C.; Timothy J.:
Computational Analysis of Concrete Flow in a Reinforced Bored Pile Using the Porous Medium Approach
Artikel, Applied Mechanics, 3(2), pp. 481-495, 2022, DOI: 10.3390/applmech3020028
Lowke D.; Mai I.; Keita E.; Perrot A.; Weger D.; Gehlen C.; Herding F.; Zuo W.; Roussel N.:
Material-process interactions in particle bed 3D printing and the underlying physics
Artikel, Cement and Concrete Research, 156(106748), 2022, DOI: 10.1016/j.cemconres.2022.106748
Strasser A.; Weger D.; Matthäus C.; Kränkel T.; Gehlen C.:
Combining Wire and Arc Additive Manufacturing and Selective Paste Intrusion for Additively Manu-factured Structural Concrete: Fundamental Investigations on the Effect of Heat Exposure by WAAM on the Rheological and Intrusion Behavior of Cement Paste in the Particle Bed During Selective Paste Intrusion
Konferenzbericht, Vision and Strategies for Reinforcing Additively Manufactured Concrete, Open Conference Proceedings, 1, pp. 62-72, 2022, DOI: 10.52825/ocp.v1i.75
Mechtcherine V.; Fataei S.; Bos F.; Buswell R.; da Silva W.; Keita E.; Krauss H.; Lowke D.; Perrot A.; Nerella V.; Roussel N.; Sonebi M.; Wangler T.; Weger D.; Wolfs R.:
Digital Fabrication with Cement-Based Materials: Underlying Physics
Artikel, Digital Fabrication with Cement-Based Materials, 2022, DOI: 10.1007/978-3-030-90535-4_3
Van Der Putten J.; Nerella V.; Mechtcherine V.; D´Hondt M.; Sonebi M.; Weger D.; Wang Z.; Menna C.; Roussel N.; Lowke D.; Van Tittelboom K.; De Schutter G.:
Properties and Testing of Printed Cement-Based Materials in Hardened State
Artikel, Digital Fabrication with Cement-Based Materials, 2022, DOI: 10.1007/978-3-030-90535-4_5
Strasser A.; Matthäus C.; Weger D.; Kränkel T.; Gehlen C.:
Selective Paste Intrusion: Stability of Cement Paste Mixtures Towards Changing Ambient Temperature
Konferenzbericht, Third RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, 2022, DOI: 10.1007/978-3-031-06116-5_44
Weger D.; Stengel T.; Gehlen C.; Maciejewski Y.; Meyer-Brötz F.:
Approval for the Construction of the First 3D Printed Detached House in Germany—Significance of Large Scale Element Testing
Artikel, Standards Development for Cement and Concrete for Use in Additive Construction, 2021, DOI: 10.1520/STP163620200119
Weger D.; Gehlen C.; Korte W.; Meyer-Brötz F.; Scheydt J.; Stengel T.:
Building rethought – 3D concrete printing in building practice
Artikel, Construction Robotics, 5(3), 2021, DOI: 10.1007/s41693-022-00064-5
Mechtcherine V.; Mai I.; Empelmann M.; Gehlen C.; Glock C.; Kuhn A.; Lanwer J.; Lowke D.; Müller S.; Neef T.; Nerella V.; Stephan D.; Vasilic K.; Weger D.; Wiens U.:
Digitaler Betonbau durch additive Verfahren – Sachstand und Forschungsbedarf
Artikel, Beton- und Stahlbetonbau, Vol. 116 (3), Ernst & Sohn, 2021, DOI: 10.1002/best.202100067
Weger D.; Gehlen C.; Korte W.; Meyer-Brötz F.; Scheydt J.; Stengel T.:
Bauen neu gedacht -3D-Betondruck in der Baupraxis
Artikel, Beton, Bau +Technik Verlag, 2021
Weger D.; Gehlen C.:
Particle-Bed Binding by Selective Paste Intrusion—Strength and Durability of Printed Fine-Grain Concrete Members
Artikel, Materials, 14(3):586, 2021, DOI: 10.3390/ma14030586
Weger D.; Pierre A.; Perrot A.; Kränkel T.; Lowke D.; Gehlen C.:
Penetration of Cement Pastes into Particle-Beds: A Comparison of Penetration Models
Artikel, Materials, 14(389), 2021, DOI: 10.3390/ma14020389
Pierre A.; Weger D.; Lowke D.; Perrot A.:
Additive Manufacturing of Cementitious Materials by Selective Paste Intrusion: Numerical Modeling of the Flow Using a 2D Axisymmetric Phase Field Method
Artikel, Materials, 13(5024):5024, 2020, DOI: 10.3390/ma13215024
Matthäus C.; Kofler N.; Kränkel T.; Weger D.; Gehlen C.:
Interlayer Reinforcement Combined with Fiber Reinforcement for Extruded Lightweight Mortar Elements
Artikel, Materials, 13(21):4778, 2020, DOI: 10.3390/ma13214778
Pierre A.; Perrot A.; Weger D.; Lowke D.:
Modélisation numérique bidimensionnelle de l’écoulement de suspensions cimentaires lors du procédé d’impression 3D par liaison sélective
Artikel, Academic Journal of Civil Engineering, DOI: 10.26168/AJCE.38.1.7
Lowke D.; Talke D.; Dressler I.; Weger D.; Gehlen C.; Ostertag C.; Rael R.:
Particle-bed 3D-Printing by Selective Cement Activation – Applications, material and process technology.
Artikel, Cement and Concrete Research, 134, Elsevier, 2020
Weger D.:
Additive Fertigung von Betonstrukturen mit der Selective Paste Intrusion – SPI (Dissertation)
Sonstiges, TUM, München, 2020, https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20200727-1540336-1-1
Matthäus C.; Back D.; Weger D.; Kränkel T.; Scheydt J.; Gehlen C.:
Effect of Cement Type and Limestone Powder Content on Extrudability of Lightweight Concrete
Konferenzbericht, Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, 2020, DOI: 10.1007/978-3-030-49916-7_32
Pierre A.; Weger D.; Perrot A.; Lowke D.:
2D Numerical Modelling of Particle-Bed 3D Printing by Selective Paste Intrusion
Konferenzbericht, Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, 2020, DOI: 10.1007/978-3-030-49916-7_35
Weger D.; Kim H.; Talke D.; Henke K.; Kränkel T.; Gehlen C.:
Lightweight Concrete 3D Printing by Selective Cement Activation – Investigation of Thermal Conductivity, Strength and Water Distribution
Konferenzbericht, Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, 2020, DOI: 10.1007/978-3-030-49916-7_17
Weger D.; Baier D.; Straßer A.; Prottung S.; Kränkel T.; Bachmann A.; Gehlen C.; Zäh M.:
Reinforced Particle-bed Printing by Combination of the Selective Paste Intrusion Method with Wire and Arc Additive Manufacturing – A First Feasibility Study
Konferenzbericht, RILEM 2nd International Conference on Concrete and Digital Fabricaton., Eidhoven, 2020, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-49916-7_95
Matthäus C.; Weger D.; Kränkel T.; Gehlen C.:
Effect of Thixotropy Enhancing Agents on Extrudability of Lightweight Concrete.
Konferenzbericht, Hipermat 2020-Konferenz, Kassel, 2020
Weger D.; Gehlen C.; Lowke D.:
3D-Betondrucken – Stand der Forschung an der TUM
Konferenzbericht, Beiträge zur 6. DAfStb-Jahrestagung mit 59. Forschungskolloquium, 25 - 35, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton e.V, 2018
Lowke D.; Dini E.; Perrot A.; Weger D.; Gehlen C.; Dillenburger B.:
Particle-bed 3D printing in concrete construction – Possibilities and challenges
Artikel, Cement and Concrete Research, 112, pp. 60-65, DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.05.018
Pierre A.; Weger D.; Perrot A.; Lowke D.:
Penetration of cement pastes into sand packings during 3D printing: analytical and experimental study
Artikel, Materials and Structures, 51(1):22, 2018, DOI: 10.1617/s11527-018-1148-5