Eine der Schlüsseltechnologien im Bauwesen, insbesondere im Betonfertigteilbau, ist die Additive Fertigung mit mineralisch gebundenen Werkstoffen. Sie gilt als Paradebeispiel des Bauwesens im Hinblick auf „Industrie 4.0“, bei der eine durchgehend digital gesteuerte Wertschöpfungskette fokussiert wird. Die Verarbeitung von Frischbeton im Extrusionsprozess bietet dabei enormes Potenzial im Hinblick auf Automatisierungsgrad, freie Bauteilgestaltung und Materialeffizienz. Die gefertigten Bauteile verfügen jedoch über eine verfahrensbedingte schichtweise Oberflächenstrukturierung, was einer breiten kommerziellen Anwendung, bei der hohe Oberflächenqualitäten gefragt sind, entgegensteht.
Zur Herstellung von Betonbauteilen mit hoher Oberflächengüte wird i.d.R. das Beton-Gießverfahren präferiert. Daher wurde im Rahmen eines Forschungsvorhabens in Zusammenarbeit des Forschungsbereichs Leichtbau im Bauwesen der Technischen Universität Chemnitz mit dem Industriepartner Fa. Baustoffwerke Limex Venusberg GmbH die Kombination aus Additiver Betonextrusion und dem konventionellen Beton-Gießverfahren untersucht. Zielstellung des Forschungsprojektes umfasste die Entwicklung und Umsetzung eines innovativen und ressourceneffizienten Herstellungsverfahrens zur wirtschaftlichen Fertigung leistungsstarker Betonfertigteile. Umgesetzt wird ein kombiniertes Verfahren, bestehend aus den Teilschritten des klassischen Betongießens und der anschließenden Additiven Fertigung (Beton-3D-Druck), welches die wesentlichen Vorteile bezüglich individueller, leichtbaugerechter und effizienter Produktlösungen beider Verfahren vereint. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht die Nutzung der Vorteile der WetCast-Gießtechnologie (Form- und Detailtreue, porenfreie Schicht, definierte Oberflächengestaltungen, Dauerhaftigkeit) sowie der Additiven Fertigung (freie Formgebung ohne zusätzliche Schalung, schnelle Anpassung an neue Bauteilgestaltungen, automatisierter Fertigungsprozess). Im Ergebnis entsteht eine Hybridtechnologie, bei der die jeweiligen Vorteile der Fertigungsverfahren effizient zur Herstellung leichtbaugerechter Betonfertigteile mit hoher Oberflächengüte genutzt werden. Im Rahmen des grundlagenorientierten Forschungsprojektes erfolgt die material- sowie technologieseitige Untersuchung der Gieß-Extrusion. Neben der Entwicklung aufeinander abgestimmter Betonrezepturen sowohl für den Gieß- als auch den Extrusionsprozess sowie der genauen Beschreibung des Materialverhaltens (Bestimmung der mechanischen Kennwerte), liegt ein spezieller Fokus auf der Entwicklung einer anwendungsorientierten Technologie. Zur Gewährleistung eines effektiven Fertigungsprozesses wird anhand der generierten Material- sowie Prozessparameter eine Simulation für den Fertigungsschritt der Additiven Betonextrusion durchgeführt und validiert. Dies gestattet im Vorfeld der Herstellung, die Umsetzbarkeit der Strukturen zu bewerten. Weiterhin bietet die Prozesssimulation die Möglichkeit Fertigungsparameter, wie Druckgeschwindigkeit, Förderrate und Höhe sowie Breite der Layer, zu testen und zu optimieren. Zur Sichtbarmachung des Potenzials der entwickelten Gieß-Extrusion Hybridtechnologie werden zum Abschluss anhand ausgewählter Demonstrationsobjekte in Form von Dekorelementen sowie Betonmöbeln potenzielle Anwendungsbereiche aufgezeigt.