3D Welding – Optimierte Bauteile aus dem „Metalldrucker“
Seit Jänner 2020 arbeitet das Team des Instituts für Tragwerksentwurf, bestehend aus Christoph Holzinger, Stefan Peters, Jana Rieth und Andreas Trummer im Rahmen des Collective Research Projekts „3D Welding: Additive Fabrication of Structural Steel Elements“ daran, die Möglichkeiten des 3D-Stahldrucks für das Bauwesen auszuloten.
Unter der Projektleitung des Fachverbands Metalltechnische Industrie (FMTI) und in Kooperation mit dem Labor für Konstruktiven Ingenieurbau (Bernhard Freytag) sowie dem Institut für Werkstoffkunde, Fügetechnik und Umformtechnik (Norbert Enzinger) wird untersucht, inwieweit die additive Herstellung metallischer Bauteile im konstruktiven Stahlbau eingesetzt werden kann. Die Technologie ermöglicht sowohl die Herstellung regelmäßiger Geometrien wie einfache Tragwerksverstärkungen, als auch die Produktion topologieoptimierter Freiformen unter Berücksichtigung von Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit. In der Praxis soll das Stahldruckverfahren auch in der Herstellung von filigranen Bauteilen wie beispielsweise Gitterschalenknoten für Glasfassaden Anwendung finden.
Im additiven Herstellungsprozess legt der Roboter Schweißnähte übereinander. „Im Gegensatz zu dem aktuell im Stahlbau noch weit verbreiteten subtraktiven Prozess, in dem Material durch Fräsen oder Bohren abgetragen wird, liegt die Innovationskraft des Stahldrucks in der knapp hundertprozentigen Materialeffizienz“. Ein Faktor, der laut Christoph Holzinger nicht nur ressourcenschonend ist, sondern auch zur Kostensenkung beitragen kann. Die erste große Herausforderung, der sich das Forschungsteam zum Projektstart stellt, betrifft die zeitliche Komponente, da nötige Abkühlzeiten in den Druckversuchen einkalkuliert werden müssen. Es sollen Printstrategien gefunden werden, die die Stehzeiten minimieren, und das bei möglichst großen Abschmelzleistungen. Bis Dezember 2021 soll das Verfahren soweit erforscht und weiterentwickelt sein, dass dadurch eine Etablierung in der Praxis ermöglicht wird und Empfehlungen für bauwirtschaftliche Normierungen abgegeben werden können. Studierende haben bis dahin die Möglichkeit, Diplomarbeiten am Institut für Tragwerksentwurf zu diesem Forschungsschwerpunkt zu verfassen.
