Die vorliegende Diplomarbeit widmet sich der Untersuchung des 3D-Betondrucks als innovativer Bauverfahrenstechnologie mit einem speziellen Fokus auf der Produktion von Stahlbetonsäulen.Ziel der Arbeit ist es, die Leistungsfähigkeit und Effizienz dieser additiven Fertigungstechnologien im Vergleich zu konventionellen Bauverfahren zu analysieren und zu bewerten. Im Zentrum der Analyse stehen die Verfahren Concrete Printing und Selective Paste Intrusion, die hinsichtlich ihrer technischen und wirtschaftlichen Potenziale kritisch hinterfragt werden.Zu Beginn der Arbeit erfolgt eine umfangreiche Literaturanalyse, welche die theoretischen Grundlagen des 3D-Betondrucks aufbereitet. Diese Analyse umfasst den aktuellen Stand der Forschung, die technologischen Entwicklungen und die verschiedenen Ansätze der additiven Fertigung im Bauwesen. Besonders wird dabei auf die Unterschiede zwischen herkömmlichen Bauverfahren und den durch 3D-Druck ermöglichten neuen Produktionsmethoden eingegangen.Darüber hinaus werden die spezifischen Materialeigenschaften von Beton in Verbindung mit additiven Fertigungstechnologien sowie die Herausforderungen, die mit der Herstellung tragender Bauteile verbunden sind, untersucht.Für den empirischen Teil der Arbeit wurden zwei Prototypen von Stahlbetonsäulen unter Anwendung der Verfahren Concrete Printing und Selective Paste Intrusion hergestellt und mit einer traditionell gefertigten Stahlbetonsäule verglichen. Die experimentelle Untersuchung konzentrierte sich auf wesentliche Parameter wie Produktionsgeschwindigkeit, Materialeffizienz und die Designfreiheit der Bauteile. Diese Untersuchungen wurden durch Experteninterviews ergänzt, dank derer wertvolle Einblicke in die aktuellen Herausforderungen und zukünftigen Anwendungsmöglichkeiten der Technologie gewonnen werden konnten.Die Ergebnisse zeigen, dass der 3D-Betondruck signifikante Vorteile im Hinblick auf Materialeinsparungen und die Flexibilität bei der Formgebung bietet. Diese Vorteile könnten insbesondere bei komplexen und maßgeschneiderten Bauteilen wirtschaftlich und ökologisch relevant sein. Gleichzeitig identifiziert die Arbeit jedoch technische Hürden, die derzeit eine breitere Anwendung im Bauwesen einschränken. Hierzu zählen insbesondere die fehlende Normierung von 3D-gedruckten Bauteilen, die Unsicherheiten hinsichtlich der Langzeitstabilität und die noch nicht vollständig entwickelten Technologien zur Qualitätssicherung während des Druckprozesses.Die Arbeit kommt zum Schluss, dass der 3D-Betondruck, trotz der derzeit noch bestehenden Herausforderungen, ein bedeutendes Potenzial zur Transformation der Bauindustrie in den kommenden Jahren besitzt. Durch kontinuierliche technologische Weiterentwicklungen und die Schaffung klarer Normen kann diese Technologie dazu beitragen, den Bauprozess effizienter und nachhaltiger zu gestalten. Abschließend werden in der Arbeit Empfehlungen formuliert, wiedie Integration des 3D-Betondrucks in die Baupraxis vorangetrieben werden kann, um diese innovative Methode zu einer festen Größe in der modernen Bauproduktion zu machen.
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This thesis explores the application of 3D concrete printing as an innovative construction technology, with a particular focus on the production of reinforced concrete columns. The primary objective is to analyze and evaluate the performance and efficiency of these additive manufacturing technologies compared to conventional construction methods. The study specifically examines the Concrete Printing and Selective Paste Intrusion techniques, critically assessing their technical and economic potentials.The thesis begins with an extensive literature review that provides the theoretical foundations of 3D concrete printing. This review covers the current state of research, technological developments,and various approaches to additive manufacturing in the construction industry. The differences between traditional construction methods and the new production techniques enabled by 3D printing are highlighted. Additionally, the specific material properties of concrete in connection with additive manufacturing technologies, as well as the challenges associated with the production of load-bearing components, are thoroughly investigated.In the empirical section, two prototypes of reinforced concrete columns were produced using the Concrete Printing and Selective Paste Intrusion methods and compared with a traditionallymanufactured reinforced concrete column. The experimental investigation focused on key parameters such as production speed, material efficiency, design freedom, and the structural integrity of the components. These practical assessments were supplemented by expert interviews, which provided valuable insights into the current challenges and future application possibilities of the technology.The results indicate that 3D concrete printing offers significant advantages in terms of material savings and flexibility in design. These benefits could be economically and environmentally relevant, especially for complex and customized components. However, the thesis also identifies technical barriers that currently limit wider application in the construction industry. These include the lack of standardization for 3D-printed components, uncertainties regarding long-termstability, and the still-developing technologies for quality assurance during the printing process.The thesis concludes that despite the existing challenges, 3D concrete printing has substantial potential to transform the construction industry in the coming years. Through continuous technological advancements and the establishment of clear standards, this technology could contribute to making the construction process more efficient and sustainable. Finally, the thesis provides recommendations on how to promote the integration of 3D concrete printing into construction practice, aiming to establish this innovative method as a standard in modern construction production.
