Straßenreparatur mit dem 3D-Drucker

Die Baubranche soll für additive Technologien eines der neuen Anwendungsfelder werden. Noch ist nicht klar, für welche Einsatzszenarien sich 3D-Drucktechnologien in der Baupraxis wirtschaftlich rechnen. Demonstrationsprojekte gibt es mittlerweile eine ganze Reihe. So wurde Ende 2016 in der Nähe Madrids die weltweit erste 3D-gedruckte Fußgängerbrücke eingeweiht. Zur Milan Design Week 2018 konnte unter dem Namen „3D Housing 05“ auf der Piazza Cesare Beccaria in Mailand das erste 3D-gedruckte Gebäude Europas bestaunt werden. Neben dem Druck zementärer Massen wird auch an anderen Werkstoffen für die additive Produktion gearbeitet. So entwickeln Forscher am University College London (UCL) derzeit einen 3D-Asphaltdrucker, um Risse in der Fahrbahndecke und Schlaglöcher künftig kostengünstig und vor allem schnell beseitigen zu können.

Höhere Duktilität bei ähnlicher Bruchfestigkeit

Die Wissenschaftler haben für die Entwicklung des geeigneten Asphalts und der Prozessparameter einen 3D-Drucker mit Rahmen- und Kontrollsystem eines RepRap Mendel 90 verwendet. Extrusionsdüsenanordnung, Schrittmotorgehäuse, PCB und serieller Anschlussclip wurden in einem konventionellen 3D-Druck additiv erzeugt. Als Ausgangsmaterial für den Druckprozess bei Temperaturen zwischen 100-140 °C dienten Asphaltpellets, die auf Basis von hartem Bitumen erzeugt wurden. Dabei entstanden Teststäbe, deren Festigkeit mit der von Gussasphalt verglichen wurde.

Die größte Herausforderung bei der Entwicklung des Prozesses macht den Forschern die Rheologie des erhitzten Asphalts. Denn beim Durchfluss der Masse durch den Extruder verhält es sich wie eine nichtnewtonsche Flüssigkeit. Das Vikositätsverhalten solcher Flüssigkeiten ist nicht linear, die Steuerung von Rheologie und Druck in Bezug auf die Temperatur ist damit äußerst schwierig. Als Lösung wurde ein Extruderdesign gewählt, das den schichtweisen Auftrag des Asphalts bei bestimmten Temperaturniveaus und Prozessbedingungen ermöglicht.

Als Ergebnis zeigte der gedruckte Asphalt deutlich andere mechanische Qualitäten als gegossener. Bei ähnlicher Bruchfestigkeit, hatten die 3D-gedruckten Proben eine bis zu 9mal höhere Duktilität auf als die gegossenen. Das führen die Wissenschaftler auf Veränderungen in der Mikrostruktur des Asphalts zurück. Rissüberbrückende Fasern könnten die Zähigkeit erhöhen.

Vollständiger Forschungsbericht unter: www.researchgate.net