Additive Manufacturing von 3D Verbindungselementen im Bauwesen; Akronym: AddMamBa

Abstract

Im Projekt wurde eine durchgängige Prozesskette zur Herstellung additiv gefertigter Stahlbauteile aus recyceltem Bauschrott entwickelt. Ziel war es, das Potenzial des pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens (PBF-LB/M) für ressourcenschonende Bauteile im Bauwesen zu erschließen und den Recyclinganteil von Baustahl zu erhöhen. Im Fokus standen biegesteife Strukturknoten sowie Halterungen für vorgehängte hinterlüftete Fassade (VHF). Zunächst wurden die funktionalen und normativen Anforderungen an die Bauteile definiert und geeignete Recyclingmaterialien aus dem Gebäuderückbau identifiziert. Bewehrungsstähle aus Betonbauteilen erwiesen sich dabei als geeigneter Ausgangsstoff für die Herstellung von Metallpulver. Ergänzend wurde eine Lebenszyklusanalyse durchgeführt, um die Umweltauswirkungen additiv gefertigter Fassadenhalter aus recyceltem Bewehrungsstahl und Edelstahl mit konventionellen Haltern zu vergleichen. Obwohl die Emissionen der additiven Fertigung in der Herstellungsphase zunächst höher sind, können durch geometrisch optimierte Bauteile Wärmebrücken reduziert und damit Energieverluste während der Nutzungsphase verringert werden. Der eingesetzte Bauschrott wurde aufbereitet, chemisch analysiert und mittels Gasverdüsung zu Metallpulver verarbeitet. Parallel wurde eine modulare PBF-LB/M-Maschine entwickelt und geeignete Prozessparameter ermittelt. Die Bauteile wurden topologieoptimiert gestaltet und experimentell validiert. Zusätzlich wurde ein webbasierter Konfigurator entwickelt, der geeignete Fassadenhalter auswählt und einen statischen Nachweis bereitstellt. Die gesamte Prozesskette wurde abschließend anhand eines Demonstratortragwerks mit additiv gefertigten Sigmaknoten erfolgreich validiert.