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Apr 03, 2024

Cambridge 3D-Druckspiel

In Zusammenarbeit mit der Privatwirtschaft ist die Universität Cambridge einen Schritt über den 3D-Druck hinausgegangen und hat eine konkrete Infrastruktureinheit geschaffen, die nicht nur in einer Stunde hergestellt wurde, sondern auch mit Sensoren ausgestattet ist

In Zusammenarbeit mit der Privatwirtschaft ist die Universität Cambridge einen Schritt über den 3D-Druck hinausgegangen und hat eine Infrastruktureinheit aus Beton geschaffen, die nicht nur in einer Stunde hergestellt wurde, sondern auch über Sensoren verfügt, die dafür sorgen, dass sie sich selbst überwacht und eines Tages selbst repariert.

Wenn es ein Thema gibt, das am wenigsten zu angeregten Gesprächen auf einer Dinnerparty führt, dann sind es die Kleinigkeiten des Bauingenieurwesens, die man sieht, wenn man durch das Straßennetz eines Landes fährt. Diese werden oft als so selbstverständlich angesehen, dass sie genauso gut unsichtbar sein können, es sei denn, sie sind etwas Spektakuläres wie eine Hängebrücke oder störend wie eine Straße, die erneuert wird.

So banal diese auch erscheinen mögen, sie sind das Produkt eines sehr komplexen und ernsthaften technischen Entwurfs und erfüllen sehr reale und lebenswichtige Funktionen, die viele Menschen erst dann zu schätzen wissen, wenn die Straße vor ihnen weggeschwemmt wird oder eine Rampe einstürzt.

Eine davon ist die sogenannte Kopfwand, eine Stützkonstruktion mit einem Loch darin, die an der Mündung eines Abflusses oder Durchlasses angebracht wird. Sein Zweck besteht darin, einen Durchlass oder ähnliches zu verankern und zu verhindern, dass die ihn umgebende Füllung durch fließendes Wasser weggeschwemmt wird. Darüber hinaus kann es auch als strukturelle Unterstützung für angeschlossene Brücken und Straßen dienen und den Wasserfluss steuern.

Es handelt sich um ein sehr altes Stück Bauingenieurwesen, aber Cambrdige hat einem auf der A30 in Cornwall installierten Bauwerk eine neue Wendung gegeben, indem es es vor Ort mithilfe eines robotergestützten 3D-Druckerarms konstruiert hat, der Schichten aus schnell abbindendem Beton aufträgt, der in nur einer Stunde aushärtet. Wieder nicht sehr neu. Neu ist, dass beim Drucken der Kopfwand ein Lidar-Gerät präzise Scans der Struktur erstellte und so einen digitalen virtuellen Zwilling erstellte, mit dem das Original verglichen werden kann.

Außerdem wurden drahtlose Sensoren im nassen Beton angebracht, um Daten zu Temperatur, Dehnung, Druck, Feuchtigkeit, elektrischem Widerstand und elektrochemischem Potenzial zu übertragen.

Die Temperatur war von besonderem Interesse, da schnell abbindender Beton viel Wärme erzeugt, die beim Aushärten und Aushärten die Kopfwand beschädigen könnte. Dies ist wichtig, da eine weitere Neuerung der neuen Struktur darin besteht, dass auf das herkömmliche Stahlbewehrungsskelett verzichtet wird. Stattdessen verlässt es sich bei der Stabilität auf seine eigene Geometrie, was für etwas mit einer hohlen, geschwungenen Innenwand nicht einfach ist.

Unter der Leitung von Professor Abir Al-Tabbaa vom Department of Engineering der University of Cambridge besteht das Ziel des Experiments darin, mithilfe der Sensoren und der digitalen Modellierung die Stabilität der 3D-gedruckten Struktur zu bewerten und sie für die Industrie attraktiver zu machen. Das Ziel besteht nicht nur darin, etwas zu schaffen, das billiger als herkömmliche Strukturen ist und schneller zu bauen ist, sondern auch die Zuverlässigkeit, Robustheit, Genauigkeit und Langlebigkeit der Sensoren selbst zu testen und vielleicht eines Tages einen selbstheilenden Beton einzubauen, der sich ebenfalls in der Entwicklung befindet Das Team.

„Dieses Projekt wird als lebendes Labor dienen und im Laufe seiner Lebensdauer wertvolle Daten generieren“, sagte Al-Tabbaa. „Die Sensordaten und der ‚digitale Zwilling‘ werden Infrastrukturfachleuten helfen, besser zu verstehen, wie der 3D-Druck genutzt und angepasst werden kann, um größere und komplexere zementbasierte Materialien für das strategische Straßennetz zu drucken.“

Im folgenden Video wird die neue intelligente 3D-gedruckte Betonstruktur besprochen.

Quelle: Universität Cambridge