Generative Fertigung komplexer Strukturen aus mineralisch basierten faserbewehrten Hochleistungskompositen
Im Teilprojekt D01 werden wissenschaftliche Grundlagen für die Integration von kontinuierlichen Faserbewehrungen in mineralisch basierten Verbundwerkstoffen bei generativer Fertigung erarbeitet. Als Beton werden zunächst zementgebundene Carbonbetonmatrices eingesetzt. Als kontinuierliche Faserbewehrung werden hochleistungsfähige, temperaturbeständige, mineralisch getränkte Carbongarne integriert. Die frisch getränkten Carbongarne sind in den ersten Stunden nach der Tränkung flexibel und können sehr gut mit robotergestützten Verfahren zu Bewehrungsstrukturen abgelegt werden. Im erhärteten Zustand führt die Tränkung zu einem leistungsfähigen, dauerhaften und temperaturbeständigen Verbund zwischen kontinuierlicher Faserbewehrung und Feinbeton. Die Materialeigenschaften der Komponenten während der Fertigung sowie des Komposites während der Erhärtung und im erhärteten Zustand werden mit angepassten einschlägigen oder zu entwickelnden Prüfverfahren bestimmt und für analytische oder numerische Modellierungen bereitgestellt.
Die Erkenntnisse aus diesem Herstellungsprozess bilden die Grundlage für die Arbeit mit anderen Materialtypen wie zum Beispiel hochduktile Betone oder polymergetränkte Carbongarne.
Im Rahmen von D01 wird gemeinsam mit TP B02 das Seed-Fund-Projekt "Auf freistehender textiler Schalung additiv gefertigte Carbonbetonstrukturen – freeDome" (1. Runde 2022) durchgeführt.
Wissenschaftler
01062 Dresden
01062 Dresden
Kooperationen
Publikationen | Publications
Dhahir, M. K.; Kalthoff, M.; Neef, T.; Friese, D.; Beckmann, B.; Cherif, Ch. Matschei, T.; Mechtcherine, V.; Marx, S. (2023) Developing the Chemical Prestressing Technology for Textile Carbon Reinforced Concrete in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 350, Cham: Springer, p. 1428–1438 – DOI: 10.1007/978-3-031-32511-3_146
Friese, D.; Hahn, L.; Le Xuan, H.; Mersch, J.; Neef, T.; Mechtcherine, V.; Cherif, C. (2023) Robot-Assisted Manufacturing Technology for 3D Non-Metallic Reinforcement Structures in the Construction Applications in: Buildings 13, issue 11, 2748 – DOI:https://doi.org/10.3390/buildings13112748
Ivaniuk, E.; Müller, S.; Neef, T.; Mechtcherine,V. (2022) Strategies for integrating reinforcement into 3D concrete printing at the TU Dresden in: Fromm, A.; Mechtcherine, V. [eds.] Proc. of Vision and Strategies for Reinforcing Additively Manufactured Concrete Structures, 04.11.2021 in Dresden, publ. in: Open Conference Proceedings 1, p. 23–34 – DOI: 10.52825/ocp.v1i.73
Kruppa, H.; Kalthoff, M.; Neef, T.; Reißig, S.; Mechtcherine, V.; Raupach, M.; Matschei, T.; Vollpracht, A. (2023) Alkali-Activated Binder Requirements for Extrusion and 3Dd-Printing of Carbon Reinforced Concrete in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 349, Cham: Springer, p. 1275–1283 – DOI: 10.1007/978-3-031-32519-9_129
Mechtcherine, V.; Buswell, R.; Kloft, H.; Bos, F. P.; Hack, N.; Wolfs, R.; Saranjan, J.; Nematollahi, B.; Ivaniuk, E.; Neef, T. (2021) Integrating reinforcement in digital fabrication with concrete: A review and classification framework in: Cement and Concrete Composites 119, 103964 – DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2021.103964
Mechtcherine, V.; Michel, A.; Neef, T.; Liebscher, M.; Müller, S. (2020) 3D printing with carbon reinforced concrete in: CPT – Construction Printing Technology, issue 3, p. 23–29.
Neef, T.; Butler, M.; Mechtcherine, V. (2022) Integrating mineral-bonded carbon fibers into 3d concrete printing in: Stokkeland, S.; Braarud, H. C. [eds.] Concrete Innovation for Sustainability – Proc. for the 6th fib International Congress 2022, 12.–16.06.2022 in Oslo (Norway), Oslo: Novus Press, p. 604–613.
Neef, T.; Dittel, G.; Scheurer, M.; Gries, T.; Mechtcherine, V. (2023) Utilizing Textiles as Integrated Formwork for Additive Manufacturing with Concrete in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 349, Cham: Springer, p. 1285–1292 – DOI: 10.1007/978-3-031-32519-9_130
Neef, T.; Kalthoff, M.; Müller, S.; Backes, J. G.; Raupach, M.; Matschei, T.; Traverso, M.; Mechtcherine, V. (2023) Extrusion of High Yield Strength Carbon Reinforced Concrete with Mineral Impregnated Rovings in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 350, Cham: Springer, p. 1568–1576 – DOI: 10.1007/978-3-031-32511-3_160
Neef, T.; Mechtcherine, V. (2022) Additiv gefertigter Carbonbeton mit mineralischer Tränkung der Garne in: Curbach, M.; Marx, S.; Mechtcherine, V. [eds.] Beiträge zum 61. Forschungskolloquium mit 9. Jahrestagung des DAfStb, 26./27.09.2022 in Dresden, p. 135–140 – DOI: 10.25368/2022.369 – DOI: 10.25368/2022.369
Neef, T.; Mechtcherine,V. (2022) Simultaneous integration of continuous mineral-bonded carbon reinforcement into additive manufacturing with concrete in: Fromm, A.; Mechtcherine, V. [eds.] Proc. of Vision and Strategies for Reinforcing Additively Manufactured Concrete Structures, 04.11.2021 in Dresden, publ. in: Open Conference Proceedings 1, p. 73–81 – DOI: 10.52825/ocp.v1i.80
Neef, T.; Müller, S.; Mechtcherine, V. (2020) 3D-Druck mit Carbonbeton: Technologie und die ersten Untersuchungsergebnisse in: Beton- und Stahlbetonbau 115, issue 12, p. 943–951 – DOI: 10.1002/best.202000069
Neef, T.; Müller, S.; Mechtcherine, V. (2024) Integrating continuous mineral-impregnated carbon fibers into digital fabrication with concrete in: Materials & Design 239, 112794 – https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.112794
Neef, T.; Müller, S.; Mechtcherine, V. (2022) Integration of Mineral Impregnated Carbon Fibre (MCF) into Fine 3D-Printed Concrete Filaments in: Buswell, R.; Blanco, A.; Cavalaro, S.; Kinnell, P. [eds.] Proceedings of the 3rd RILEM Int. Conference on Concrete and Digital Fabrication (DC 2022), 27.–29.06.2022 in Loughborough (UK), publ. in: RILEM Bookseries 37, Cham: Springer, p. 397–403 – DOI: 10.1007/978-3-031-06116-5_59
Scheurer, M., Neef, T., Dittel, G., Mechtcherine, V., Gries, T. (2023) Textile Reinforced Concrete Structures Additively Manufactured on Free-Standing Textile Formwork in: Harris, K. A.; Cardoso, D. C. T.; da Silva, F. A. [eds.]: Proc. of 11th Int. Conf. on Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Composites in Civil Engineering (CICE 2023), 24.–26.07.2023 Rio de Janeiro (Brazil), 2023 – https://doi.org/10.5281/zenodo.8114263
Utech, T.; Neef, T.; Mechtcherine, V.; Scheffler, C. (2023) Bio-Inspired Impregnations of Carbon Rovings for Tailored Bond Behavior in Carbon Fiber Reinforced Concrete in: Buildings 13, issue 12, 3102 – https://www.mdpi.com/2075-5309/13/12/3102
Vorträge und Poster | Oral presentations and posters
Rjosk, A.; Ritzert, S.; Macek, D.; Friese, D.; Neef, T.; Mechtcherine, V.; Cherif, C.; Reese, S.; Neinhuis, C.; Lautenschläger, T. (2023) A new approach to construction: using peltate leaves as inspiration in the design of novel carbon fibre reinforced concrete building components oral presentation at: 10. Bionik-Kongress, 12./13.05.2023 in Bremen (proceedings in preparation)
Utech, T.; Neef, T.; Mechtcherine, V.; Scheffler, C. (2023) Micro- und macromechanical pull-out tests on carbon fiber-reinforced concrete with bio-inspired impregnations poster at: ADD-International Textile Conference 2023, 30.11.–01.12.2023 in Dresden.
Studentische Arbeiten | Student's works
Lang, S. (2021) Stoffliche und technologische Entwicklung eines Verfahrens zur Bildung von Feinstrangstrukturen aus zementgebundenen Mörteln mit Set-on-Demand-Ansatz [Diplomarbeit | diploma thesis].
Abimbola, O. D. (2022) Development of the programming GH tool for the production of thin-walled TRC structures using methods of 3D concrete printing [Master’s thesis]. (mit | with C01).
Müller, P. (2022) Charakterisierung der Festbetoneigenschaften einer für den Feinfilamentdruck geeigneten Betonrezeptur und ihre Bewehrung mit Kurzfasern [Diplomarbeit | diploma thesis].
Heinze, J. (2023) Auf freistehender textiler Schalung additiv gefertigte Carbonbetonstrukturen [Diplomarbeit | diploma thesis].
Scheffler, P. (2023) Untersuchungen an digital gefertigten Verzahnungsblöcken und Fertigung einer Verbunddecke aus Verzahnungsblöcken und Carbonbeton [Diplomarbeit | diploma thesis]. (mit Unterstützung von A04 | with support from A04)