Am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) wird derzeit erforscht, wie sich mithilfe von additiver Fertigung individuelle Bauelemente aus Naturfasern herstellen lassen. Im Projekt »3DNaturDruck« sollen aus naturfaserverstärkten Biopolymeren architektonische Bauteile wie etwa Fassadenelemente im 3D-Druck-Verfahren entstehen.
Dafür entwickeln die Forschenden die entsprechenden Komposit-Materialien aus Biopolymeren – zum einen mit Naturkurzfasern, zum anderen mit Naturendlosfasern – und optimieren deren Verarbeitung mit dem additiven Fertigungsverfahren FDM (»Fused Deposition Modeling«). Das Ziel: Innovative Designs ermöglichen, die gleichzeitig ökologisch und nachhaltig sind.
Hochentwickelte Bauteile aus nachhaltigen Materialien
Im Rahmen des Projektes werden unterschiedliche naturfaserverstärkte Biopolymer-Komposite untersucht. Die Partner forschen sowohl an Verarbeitungsverfahren mit sehr kurzen Naturfasern – etwa aus Holz und Stroh –, als auch an einem Verfahren für den Druck von Endlosfasern aus Hanf und Flachs in Kombination mit Biopolymeren.
Das LZH entwickelt dann Prozesse für diese neuen Materialien und passt Werkzeuge und Düsengeometrien des FDM-Druckers an. Als Demonstrator soll ein Pavillon mit den 3D-gedruckten Fassadenelementen auf dem Campus der Universität Stuttgart entstehen.
Die Projektpartner wollen erforschen, wie Herstellungsverfahren für architektonische Bauteile mithilfe der additiven Fertigung vereinfacht werden können. Naturfaserverstärkte Biopolymere sind dabei besonders geeignet, um Bauteile mit komplexen Geometrien mit wenigen Arbeitsschritten und geringem Material- und Kostenaufwand zu realisieren.
Im Rahmen ihrer Forschung arbeiten die Partner außerdem an gänzlich neuen Ausgangsbedingungen für die Fabrikation von neu entwickelten architektonischen Bauteilen: So lässt sich etwa die Topologie-Optimierung von Bauteilen entsprechend ihrer tragwerkstechnischen Beanspruchung mit der additiven Fertigung gut umsetzen.
Interesse an Naturfasern in der Architektur groß
Das Interesse am Einsatz von Naturfasern in strukturellen Bauteilen in Architektur und Bauwesen ist groß, denn Naturfasern haben gleich mehrere Vorteile. Sie verfügen über gute mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht und sind in hohem Maß verfügbar. Als nachwachsende Ressource mit teilweise sehr kurzen Erneuerungszyklen sind sie außerdem ökologisch klar die bessere Alternative als synthetische Fasern.
In der additiven Fertigung werden großformatige Elemente für den Architekturbereich bisher meist mit Polymeren auf Basis fossiler Rohstoffe gefertigt. Die Forschung im Projekt »3DNaturDruck« soll die Verwendung von Naturfasern in der Architektur nun auch für die additive Fertigung möglich machen.
Über »3DNaturDruck«
Im Projekt »3DNaturDruck« geht es um das Design und die Fabrikation von 3D-gedruckten Bauteilen aus Biokompositen unter Verwendung von Filamenten mit Endlos- und Kurznaturfasern.
Koordiniert wird das Projekt von der Abteilung Biobasierte Materialien und Stoffkreisläufe in der Architektur (BioMat) am Institut für Tragkonstruktion und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart. Projektpartner sind neben dem LZH das Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) sowie die Industrieunternehmen Rapid Prototyping Technologie GmbH (Gifhorn), ETS Extrusionstechnik (Mücheln), 3dk.berlin (Berlin) und ATMAT Sp. Z o.o. (Krakau, Polen).
Das Projekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. unter dem Förderkennzeichen 2220NR295C gefördert.
