Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/03187.jsonl.gz/158

Physik | Technik
David Griga, 2003 | Schmerikon, SG
3D-Drucker spielen eine immer grössere Rolle in unserer heutigen Welt, sei es beim Bau eines Roboters oder in der Medizin. Seit neustem experimentiert man auch in der Baubranche mit 3D-Druckern, die Häuser und andere Bauteile drucken können. Dies führt nicht nur dazu, dass beim Drucken weniger Material gebraucht wird sondern auch, dass weniger Abfall beim Bau entsteht. Genau so ein Drucker, in Kleinformat, sollte in dieser Arbeit gebaut und mit verschiedenen Materialien getestet werden. Dieser Drucker richtet sich an Labore, die im kleinen Massstab neue, zementhaltige Materialien testen.
Fragestellung
Die Hauptfragestellungen der Arbeit waren: (I) Können zementhaltige Materialien auch im kleinen Massstab gedruckt werden? (II) Welches Zementgemisch ist dafür am besten geeignet? (III) Neben Zement, was für Additiven kann das Zementgemisch ergänzen?
Methodik
Es wurde ein kleiner 3D-Druckkopf konzipiert, der auf einen herkömmlichen Plastik 3D-Drucker geschraubt werden konnte. Mit diesem wurden dann verschiedenen Druckexperimente Durchgeführt. Zum einen wurde mit Nutella ein «perfektes» Nutellabrot gedruckt, zum anderen wurde mit zementhaltigen Materialien experimentiert. Dabei wurden verschiedene Zementgemische strukturiert getestet. Für das Zementgemisch wurden dabei drei Rohstoffe in verschiedenen Mengen verwendet: reiner Portlandzement (CEM I 42.5R), Kalkstein und Wasser. Mit Hilfe eines Slump-Tests wurde anschliessend das Setzungsverhalten der Gemische getestet.
Ergebnisse
Die Konstruktion des 3D-Druckkopfs basierte auf dem Prinzip function-over-form. Das Grundkonzept war, eine Spritze zu verwenden, die das vermischte Zementgemisch beinhaltet und dieses mittels eines Zapfens aus der Spritze presst. Beide Druckexperimente konnten erfolgreich durchgeführt werden. Dabei war die Mischung des Zements schwierig, es konnte aber eine gute Zusammensetzung gefunden werden. Die beste Mischung wurde wie folgt erreicht: Die Trockenmischung bestand aus 86% Zement und 14% Kalkstein. Die Trockenmischung wurde dann im Verhältnis 3.85 Teile Zement zu 1 Teil Wasser vermischt. Mit dieser Mischung konnte einwandig, also mit einer Wanddicke von 2.5mm etwa 3cm hoch gedruckt werden.
Diskussion
Es können also zementhaltige Materialien auch im kleinen Massstab gedruckt werden, die Schwierigkeit liegt hier vor allem in der Mischung des Zements. Nicht nur musste die Mischung bestandfest sein, sie musste auch so feinkörnig sein, dass es aus der Spritze kommt. Die Schlussendliche Mischung ist relativ simpel, die Höhe, mit der gedruckt werden kann, ist aber gering. Auch ist es schwierig, einen konstanten Fluss aus der Spritze zu bekommen, sodass schöne Wände gedruckt werden können.
Schlussfolgerungen
Der Druckkopf war für diese Druckexperimente ausreichend, jedoch müsste er für weitere oder komplexere Drucke weiterentwickelt werden. Auch ist das Druckvolumen durch die Spritzengrösse beschränkt. In einer zweiten Version könnte eine grössere Spritze verwendet werden. Für den Druck wurden Rohstoffe gebraucht, die man auch bei grossen Bauten wie z.B. Häusern verwenden kann. Somit könnte man die Ergebnisse im kleinen Massstab auch auf den grossen Massstab anwenden.
Würdigung durch den Experten
Timothy Wangler
This work comprises the development of a small scale 3d printer for various materials, especially cementitious materials. The student has successfully modified a printer to be able to print these various mixtures, using simple rheological tests to aid in his development, and is able to print various demonstration pieces.
Prädikat:
gut
Kantonsschule Wattwil
Lehrer: Beat Gasser