In der Baubranche sind zunehmend ressourceneffiziente Bauweisen gefragt. Additive Fertigungsprozesse ermöglichen, das Material nur dort aufzutragen, wo es tatsächlich notwendig ist. Diese Prozesse sind im Holzbau noch kaum erforscht. Das von Zukunft Bau geförderte Forschungsvorhaben 3DWoodWind untersucht additive Auftragsmethoden von Furnierholz-Endlosbändern, um neuartige Leichtbaukonstruktionen zu ermöglichen. Diese dreidimensionalen Wickelprozesse haben ein hohes Innovationspotenzial, da Hohlbauteile aus Furnierholz mit angepassten strukturellen Eigenschaften entwickelt werden können. Hierzu wird die natürliche Faserrichtung des Holzes ausgenutzt, woraus nicht nur hoch performante Bauteile resultieren, sondern gleichzeitig auch äußerst materialeffizient und nachhaltig mit der knapper werdenden Ressource Holz umgegangen wird. Im Projekt wurden experimentelle Voruntersuchungen durchgeführt, computerbasierte Entwurfsmethoden für die Filamentauslegung und robotergestützte Fertigungsverfahren angewendet, sowie Fügungskonzepte und Schalungssysteme entwickelt und prototypisch umgesetzt. Durch umfangreiche Untersuchungen zur Bauteilgeometrie und Applikationstechik konnten Erkenntnisse zu geometrischen Möglichkeiten und Grenzen der Herstellungstechnik, relevanten Bauteilanwendungen, Individualisierungsmöglichkeiten und Verbindung der gewickelten Bauteile gewonnen werden. Abschließend erfolgte die Fabrikation und Evaluation von vollmaßstäblichen Prototypen.
Fachbetreuer/-in
Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung
Referat WB 3 „Forschung und Innovation im Bauwesen“
Arnd Rose (
arnd.rose@bbr.bund.de
)
Autoren
Universität Kassel
Fachbereich „Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung“
Fachgebiet „Experimentelles und Digitales Entwerfen und Konstruieren“
Prof. Philipp Eversmann (Projektleitung),
Andreas Göbert, M. Sc., Julian Ochs, M. Sc., Ole Weyhe, B. Sc.
Inhaltsverzeichnis
KURZFASSUNG
ABSTRACT
EINLEITUNG
- Zusammenfassung und Problemstellung
- Fragestellung und Methodik
- Ziele
- Prozesserläuterung
MATERIALSYSTEM
- Furnierholz
- Klebstoffsystem
- Untersuchungen des Materialsystems
WICKELPROZESS
- Generierung von Wickellinien
- Wickelwinkel
- Lagenaufbau
- Freiformgeometrien
ROBOTISCHE FABRIKATION
- Aufbau der Roboteranlage
- Werkzeugpfad
- Fügung
BAUTEILGEOMETRIE
- Profile & Querschnitte
- Schalungssystem
- Fertigungsparameter
GROßMAßSTÄBLICHE PROZESSVERSUCHE
- Aufbau der Roboteranlage
- Schalungssystem
- Bauteilgeometrie, Faserverlauf & Lagenaufbau
- Klebstoffapplikation und –dosierung
- Prototyping
ARCHITEKTONISCHE ANWENDUNGSMÖGLICHKEITEN
- Geometrische Möglichkeiten
- Bauteilanwendungen
- Modulare Systeme
- Individualisierungsmöglichkeiten
- Verbindungstechniken
- Realisierte Anwendungen
AUSWERTUNG / FAZIT
- Prozessparameter und Abhängigkeiten
- Prüfverfahren
- Ökobilanzierung
- Resümee & Ausblick
ANHANG
- Danksagung
- Literaturnachweis
- Abbildungsverzeichnis
Die Veröffentlichung ist ein Ergebnis des Projekts „Robotische Wickelverfahren für materialeffiziente Leichtbauteile aus Furnierholz“.