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Tragende Holzbauteile aus dem 3D-Drucker

Das Fraunhofer-Institut für Holzforschung und die TU München gehen in einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Frage nach, wie man mittels 3D-Drucker belastbare und ressourcenschonende Bauelemente aus nachwachsende Rohstoffen – in diesem Fall Frischholz oder Reste der holzverarbeitenden Industrie – herstellen kann.

3D-Druck Holzspänenzylinder
Hier wurde ein Zylinder aus Holzspänen mittels 3D-Druck gefertigt. (Abb.: Fraunhofer WKI/Manuela Lingnau)

Das Projekt mit dem Titel „Additive Fertigung von tragenden Holzbauteilen durch Individual Layer Fabrication (ILF)“ ist ein Teilprojekt eines sogenannten transregionalen, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs (SFB) der Technischen Universität Braunschweig und der Technischen Universität München. Das Fraunhofer Institut für Holzforschung wird auch Wilhelm-Kaudlitz-Institut (Fraunhofer WKI) genannt, hat seinen Sitz in Braunschweig und arbeitet eng mit der TU Braunschweig zusammen.

In diesem SFB soll die additive Fertigung – besser bekannt unter dem Begriff 3D-Druck-Verfahren – für das Bauwesen interdisziplinär und standortübergreifend erforscht werden. In der additiven Fertigung werden Objekte durch einen schichtweisen Aufbau hergestellt. Dadurch können geometrische Formen und der Aufbau frei gestaltet werden. Im Bauwesen bietet diese Technologie auch die Möglichkeit einer effizienteren Produktion von Bauteilen. So sollen Energie- und Materialverbrauch gesenkt werden.

Form soll durch „selektives Binden der Partikel“ hergestellt werden

Dr. Frauke Bunzel vom Fraunhofer WKI und Dr. Klaudius Henke vom Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion der TU München leiten das Teilprojekt „Additive Fertigung von tragenden Holzbauteilen durch Individual Layer Fabrication (ILF)“. Herkömmliche Verfahren der additiven Fertigung durch Binden von Holzpartikeln mit einem Klebstoff erfordern in der Regel einen hohen Bindemitteleinsatz. Außerdem haben die so erzeugten Produkte mechanische Eigenschaften, die nicht für strukturelle Anwendungen geeignet sind. Bunzel und Henke verfolgen daher einen neuen Ansatz: Sie wollen Bauteile durch das Laminieren einzelner Schichten von Holzverbundwerkstoffen aufbauen. Dafür wenden sie das neuartige Verfahren „Individual Layer Fabrication“ (ILF) an. Beim ILF soll die Form der einzelnen Schichten durch selektives Binden von Partikeln erreicht werden. Damit unterscheidet sich das ILF-Verfahren vom Einzelschichtverfahren „Laminated Object Manufacturing“ (LOM), bei dem jede aufzulaminierende Schicht durch Konturschnitt subtraktiv in Form gebracht wird. Darüber hinaus sollen die Schichten im ILF-Verfahren unter Anwendung von mechanischem Druck hergestellt werden. Dadurch können die für Bauanwendungen erforderlichen mechanischen Eigenschaften erreicht und die erforderliche Menge an Bindemittel reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es als kontinuierlicher Prozess organisiert werden kann, was dazu beiträgt, die Baugeschwindigkeit zu erhöhen. Neu an diesem Vorhaben ist außerdem die Herstellung von Elementen mit ungefüllten, geschlossenen Hohlräumen, welche bei anderen Verfahren des selektiven Bindens nicht erstellt werden können.

„Mit unserem Forschungsprojekt können wir den nachwachsenden Rohstoff Holz, als Frischholz oder aus den Resten der holzverarbeitenden Industrie, in die großtechnische additive Fertigung bringen. Wir freuen uns, unsere Expertise rund um diesen vielseitigen Werkstoff einzubringen und sind stolz ein Teil des Sonderforschungsbereichs zu sein“, so Bunzel.

Sonderforschungsbereiche der DFG sind langfristige, auf die Dauer von bis zu zwölf Jahren angelegte Forschungseinrichtungen der Hochschulen. Sie ermöglichen die Bearbeitung innovativer, anspruchsvoller und aufwändiger Forschungsvorhaben. Der von der DFG geförderte SFB/Transregio „Additive Fertigung im Bauwesen“ (TRR 277) beginnt im Januar 2020 und hat eine Laufzeit von zunächst vier Jahren. Weitere Informationen zu Forschungsprojekten des Fraunhofer WKI erhalten Sie auf der Website des Instituts .