Interview:Dr. Richard Buswell von der Loughborough University

Die University of Loughborough ist seit mehr als zehn Jahren führend bei der Etablierung der additiven Fertigung im Bausektor. Die Fakultät für Bau- und Bauingenieurwesen hat sich mit ihrem innovativen Verfahren für den 3D-Druck mit Beton einen Namen gemacht und arbeitet eng mit Branchenführern wie Skanska und dem Manufacturing Technology Center zusammen, um dieses als tragfähiges Werkzeug für eine Vielzahl von Bauanwendungen zu etablieren.

RP Platform hatte das Glück, sich mit Dr. Richard Buswell zusammenzusetzen, um über die Spitzenforschung in Loughborough, die Herausforderung, eine neue Technologie in einer konservativen Branche einzuführen, und den Beitrag von AM zu einem breiteren Trend zur Automatisierung in der gesamten Branche zu diskutieren.

Wie ist Ihr Interesse am 3D-Druck entstanden?

Mein Hintergrund ist die Gebäudeenergieeffizienz. Dort habe ich auch promoviert, aber damals gab es einige Gespräche zwischen unseren Fachbereichen Bauingenieurwesen und Maschinenbau zum Thema Additive Manufacturing, die mein Interesse weckten und ich mich fortan einmischte.

Erzählen Sie mir etwas mehr über Ihre Forschungen zum Thema 3D-Druck in Loughborough…

Wir haben 2004 eine Reihe von Scoping-Studien zur Idee der additiven Fertigung durchgeführt, aber erst 2006 erhielten wir unser erstes großes Stipendium. Der Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) initiierte eine landesweite Initiative, die sich mit innovativen Exzellenzzentren für die Herstellung befasste, und Loughborough war eines davon. Dies gab uns die Plattform, um diese „blaue Himmel“-Arbeit vorzustellen, die natürlich lautete:„Können wir die additive Fertigung im Bauwesen einsetzen?“

Es war eine offene Frage. Was würden wir drucken? Wie würden wir es drucken? Keine dieser Antworten war da. Im Jahr 2011 haben wir unsere konkrete 3D-Drucktechnologie entwickelt und in den Jahren danach versucht, diese zu kommerzialisieren, indem wir mit Leuten wie Hyundai und (in jüngerer Zeit) Skanska zusammengearbeitet haben, um die Technologie auf den Markt zu bringen.

Wir hatten eine Idee und haben ihre Realisierbarkeit im Labor bewiesen, aber wenn sie auf den Beinen ist, muss sie in die industrielle Arena übergehen.

Wie sind Sie zum 3D-Druck von Beton im Gegensatz zu anderen Materialien gekommen?

Dies ist eine gute Frage. Es hängt alles von der Funktionalität der Komponenten ab, die Sie herstellen möchten. Wir schaffen Gebäude aus Glas, Stahl, Holz, Putz, Beton und Lehm. Es gibt sehr gute Gründe, warum wir diese Materialien verwenden. Sie werden im Allgemeinen relativ lokal bezogen (insbesondere Ton und Beton), sie sind sehr robust und langlebig, und die Industrie versteht sie. Wenn Sie etwas herstellen möchten, das Teil eines Gebäudes sein soll, muss es grundsätzlich zweckdienlich sein. Das Baugewerbe ist eine Branche, die mit sehr geringen Margen arbeitet. Ein paar Prozent Gewinn sind typisch für große Unternehmen, daher werden Sie in den meisten Gebäuden keine exotischen Materialien aus dem Weltraumzeitalter bekommen. Sie möchten Materialien verwenden, die relativ kostengünstig, leicht verfügbar und zweckmäßig sind.

Wir hatten viele Diskussionen darüber; Welche der verfügbaren Materialien könnten Sie auf die additive Fertigung anwenden? Ton, sicherlich. Auf der anderen Seite, wenn es um Stahlträger und -träger geht, gibt es Gründe, warum wir solche Sachen mit bekannten Methoden herstellen. Das Sintern von Metall mit Stahl ist ein energieintensiver Prozess, und Sie müssen auch alle Vorbereitungskosten der Materialien berücksichtigen, daher ist es keine naheliegende Wahl für den Bau.

Beton ist ein wirklich gutes Material. Wenn wir einen homogenen, gut verdichteten Mix haben – egal ob gegossen oder gedruckt – wissen wir mehr oder weniger, wie er sich schlägt. Wir wissen, dass wir es verstärken können, um die Biegefähigkeit zu erreichen, und damit verbunden wurde viel an Spritzbeton gearbeitet, einem älteren Cousin des 3D-Betondrucks.

Mein Kollege, Professor Simon Austin, der an dieser Arbeit beteiligt war, hat seine Karriere damit verbracht, Spritzbeton für die Reparatur zu untersuchen. Bei Brücken zum Beispiel bricht manchmal der darunter liegende Beton ab und man sieht die Bewehrung. Sie können Beton darauf sprühen, um es zu reparieren. In Loughborough wurde viel an der Rheologie [dem Studium des Stoffflusses] dieser Mischungen gearbeitet, daher schien es eine natürliche Erweiterung zu sein, vom Spritzen von Beton zum Extrudieren zu wechseln.

Es kommt darauf an, dass wir ein gutes Material haben, das die Branche kennt und versteht. Wir wissen etwas über die Rheologie und wie man sie dazu bringt, das zu tun, was wir wollen, und wenn Sie sie einmal extrudieren, können Sie sie in drei Dimensionen platzieren. Es schien ein vernünftiger Schritt zu sein.

Wie ist die Akzeptanz seither?

Die Idee des 3D-Drucks mit Beton wächst rasant. Aktuell finden in diesem Bereich international 30-40 Projekte statt. Viele beschäftigen sich mit der Extrusion und dem Bau vertikaler Wände vor Ort, während wir ursprünglich nach Komponenten suchten, die zu Gebäuden zusammengebaut werden. Insgesamt ist das Interesse weltweit groß. Im Moment beobachtet die Industrie die Technologie – sie versteht nur, wohin sie gehen könnte und was ihre Fähigkeiten sind.

Ich glaube, es gibt noch keinen klar definierten Markt. Es gibt all diese unterschiedlichen Ideen (die Leute haben zum Beispiel nach dem Drucken von kostengünstigem Wohnraum gesucht), aber bis jemand eine ernsthafte Geschäftseinheit gründet, die tatsächlich Einkommen generiert, werden wir es nicht wissen. In den Anfängen der additiven Fertigung war es genauso:Es eignet sich hervorragend für das Prototyping, aber wofür ist es noch gut?

Wir befinden uns noch in dieser ersten Phase, denn die Baubranche ist ziemlich konservativ. Es ist noch ziemlich neu im gesamten Konzept der 3D-Modellierung. Ich denke, es ist noch ein langer Weg, aber sobald es eine Person geschafft hat, werden die Leute anfangen, darüber nachzudenken, wie sie diese Technologien anwenden können, und das Vertrauen wird wachsen.

Welche Anwendungen stellen Sie sich derzeit dafür vor?

Auf der Reise war dies eine der großen Fragen. Was willst du damit machen? Wo ist der Markt? In Loughborough haben wir ein Bankstück produziert – eine Kunstinstallation. Das ist natürlich eine Bewerbung. Ich denke, es gibt einen zunehmenden Trend, dass Menschen solche maßgeschneiderten Produkte wünschen. Würde diese Technologie also nicht in gewisser Weise in diesen Markt einfließen?

Wenn Architekten und ihre Kunden gebogene Platten oder komplizierte Formen wünschen – alles, was eine Form erfordert – wird es schnell unerschwinglich, und obwohl es mit AM nicht billig sein wird, kann ein kompliziertes Design eine wettbewerbsfähige Option sein. Wenn Sie es zu einer wettbewerbsfähigen Option machen, gibt es einen Markt dafür.

Ich denke, dies ist alles Teil der umfassenderen Entwicklung hin zur Automatisierung im Bauwesen – der Abschaffung manueller Arbeit. Vor allem in Großbritannien gibt es für all die Infrastrukturarbeiten, die in den nächsten 20 bis 30 Jahren anfallen – all die großen zivilen Projekte – einfach nicht die Arbeitskräfte dafür. Es gibt also einen großen Antrieb, zu untersuchen, wie Automatisierung helfen kann. Die Bauautomation ist ein unerschlossener Markt, daher spielt hier ein viel größeres Bild eine Rolle. 3D-Druck ist eine schöne Speerspitze und ich bin mir sicher, dass er eine Nische haben wird, daher denke ich, dass wir in den kommenden Jahren mehr davon in diesem Bereich sehen werden. Das Manufacturing Technology Center nutzt zum Beispiel bereits unser 3D-Druckprojekt mit Skanska, um seinen Bauautomationstrakt zu entwickeln.

Welche breiteren Trends in Richtung Automatisierung sehen Sie derzeit in der Welt des Bauwesens?

Einige Leute vergleichen dies mit dem Übergang, den die Automobilindustrie durchgemacht hat, als sie zu automatisierten Linien überging. Wir betrachten zwei sehr manuelle Branchen, in denen Gesundheit und Sicherheit ein entscheidender Faktor sind. Menschen in Gefahr bringen, der Umgang mit Schadstoffen, die lebenslangen Folgen schwerer Handarbeit… All das ist für die Gesundheit des Landes extrem wichtig. Wir sind auch eine Nation, die älter werden wird, also werden wir nicht Millionen von 20-Jährigen haben, die Sachen heben! Dinge wie die Herstellung von Rollläden vor Ort, Arbeiten im Boden oder in der Höhe… In solchen gefährlichen Umgebungen könnten Sie die Unfallgefahr verringern, wenn Sie die Anzahl der darin arbeitenden Personen reduzieren könnten.

Die Herausforderung wird sein, wie die Branche dies tatsächlich bewerkstelligt. Es wird sich auf den gesamten Bauprozess auswirken, bei dem alles geplant werden muss, um auf eine bestimmte Weise hergestellt und hergestellt zu werden. In einer Fabrik, in der Sie Komponenten herstellen, können Sie vielleicht eher automatisierte Methoden einführen, aber der Betrieb vor Ort ist eine Herausforderung, da die Automatisierung mit allen anderen Elementen zusammenarbeiten muss.

Es ist kein unbedeutender Schritt; wir reden über Jahrzehnte. Über einen langen Zeitraum werden große Veränderungen stattfinden. Beim Betondruck lohnt es sich meiner Meinung nach immer, über die kleinteiligen Additive nachzudenken, als sie in den Achtzigern zum ersten Mal auftauchten. Es findet erst jetzt wirklich seine Nischen und seine Märkte. Es ist eine lange Entwicklungszeit! Wir sind erst seit zehn Jahren dabei, aber in diesen zehn Jahren haben wir weltweit eine enorme Zunahme des Interesses und der Menschen, die begonnen haben, mit dieser Technologie zu arbeiten, gesehen. Das bedeutet, dass die Leute international anfangen, sich in das Gesamtbild einzubringen, aber was die kommerzielle Realität angeht, wer weiß…

Damit es in der Branche wirklich Fuß fassen kann, sprechen wir meiner Meinung nach von 10 bis 20 Jahren, aber wenn man sich einige der frühen Erfolgsgeschichten ansieht, könnte es früher sein.

Was steht in naher Zukunft für den 3D-Druck an, das Sie am meisten begeistert?

In den letzten Jahren war es großartig, dass das Interesse international enorm zu explodieren scheint. Ich denke, die 3D-gedruckten Häuser von Winsun haben wirklich alle aufhorchen lassen, also haben sie die Gegend ins Rampenlicht gerückt. Im Hintergrund gibt es ein RILEM-Komitee, in dem ich Mitglied bin, das sich mit konkreter Rheologie und Technologie befasst. Wir arbeiten daran, mehr über die materialkundliche Behandlung der im Betondruck verwendeten Zementmörtel zu verstehen. Das wird dann das Verständnis erhöhen und zukünftige Bauanwendungen unterstützen.

http://www.lboro.ac.uk/enterprise/3dcp/