3D-Druck mit 3D-Gewebe

Die Kombination bewährter Technologien liefert oft neue Resultate – auch in der Forschung. Beim Projekt 6dTEX wurden 3D-Textilherstellung und 3D-Druck zusammengebracht, um Leichtbauanwendungen für die Architektur zu entwickeln, insbesondere für Gebäudehüllen. So entstanden gleich mehrere Sonnenschutz-Prototypen. Von 2021 bis 2023 arbeitete das Projektteam an der Frankfurt University of Applied Sciences und der RWTH Aachen, gefördert vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR).

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Beide Technologien haben spezifische Stärken: Während der 3D-Druck Material Schicht für Schicht aufbaut, bieten 3D-Textilien durch ihre Garnarchitektur Flexibilität und Leichtigkeit. In der Automobilindustrie bereits genutzt, wurde die Kombination nun für die Bauindustrie erprobt. Um die Kreislauffähigkeit des neuen Verbundmaterials zu erhöhen, wurde zum einen das Zusammenspiel von Druck- und Textilmaterial aus rein mineralischen Werkstoffen und alternativ aus recycelten Kunststoffen untersucht. Speziell die Verbindung von Betondruck und Textilstrukturen eröffnet neue Möglichkeiten, um flexiblere und widerstandsfähigere Bauteile zu schaffen.

Sonnenschutz: anpassungsfähig und modular

Das Projekt gliederte sich in mehrere Phasen, die sich auf die Werkstoffe und die zugehörigen Druckmethoden konzentrierten. Der Schwerpunkt lag auf der Haftung zwischen Textil und Druckmaterial sowie der Flexibilität und Stabilität der fertigen Bauteile. Ein wesentlicher Teil der Forschung betraf die Entwicklung von Demonstratoren, darunter selbsttragende Wand- und Deckenelemente aus Glastextilien und gedrucktem Beton. Genauso wurden vielversprechende Ansätze im Bereich Sonnenschutz präsentiert, etwa das gardinenartige Gewebe SHIFT und die schirmartige Struktur BOW.

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SHIFT besteht aus kettengewirktem, recycelbarem Polyester-Abstandsgewebe (PES), das mit Verstärkungselementen aus recyceltem Polyester (rPETG) bedruckt wurde. Durch Verschieben der Decklagen zueinander verändert sich die Lage der abstandshaltenden Verbindungsfäden (Polfäden) und damit die Transparenz des Gewebes. Verlaufen die Polfäden nicht mehr senkrecht, sondern parallel zu den Decklagen, so werden Lichteinfall und Blendung gemindert.

Bei BOW wird ein aufgespanntes dreiecksförmiges Abstandsgewirk (ein 3D-Textil) durch aufgedruckte lineare Stabelemente aus rPETG verstärkt. Letztere nehmen die Druckkräfte auf, das Textil hingegen die Zugkräfte. Zugleich ermöglichen die Stabelemente es, jeweils zwei der ebenfalls aufgedruckten Tragprofile zu verbinden. Durch das einseitige Bedrucken wölbt sich das 3D-Textil und spannt das Tragprofil wie einen Bogen. Das Ergebnis sind dreieckige Module, die sich zu floral anmutenden, selbsttragenden Sonnenschutz-Elementen für den urbanen Raum zusammensetzen lassen.

Trotz vieler positiver Ergebnisse wird weiterführende Forschung nötig – insbesondere zur weiteren Optimierung der Haftung der Druckmaterialien auf 3D-Textilien und zur Entwicklung elastischer, verformbarer Beschichtungen. Künftige Studien müssen sich zudem darauf konzentrieren, wie die Herstellungsverfahren für eine breite Anwendung skaliert werden können.

Fachwissen zum Thema

Surftipps

• www.bbsr.bund.de > Zum Abschlussbericht des Forschungsprojekts