MIT-Forscher 3D-drucken strukturelle Häuserbauteile aus recyceltem Kunststoff

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Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine Methode entwickelt, mit der sie für den Häuserbau verwendbare strukturelle Elemente wie Balken und Dachstühle aus recyceltem Kunststoff im 3D-Druckverfahren herstellen können. Mit dem Ansatz wollen sie zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Die Verwendung von Holz und damit die Abholzung von Wäldern soll dadurch reduziert und Plastikmüll sinnvoll weiterverwendet werden, um den Häuserbau nachhaltiger zu gestalten.

Die Forscher des MIT schätzen, dass bis 2050 etwa eine Milliarde neuer Häuser weltweit gebaut werden müssen. Würden für deren Grundstrukturen, wie in vielen Teilen der Welt, Fachwerke aus Holz verwendet werden, müsste eine Fläche in der Größe des Amazonas-Regenwaldes abgeholzt werden. Um dies zu vermeiden, haben die Forscher den Ansatz gewählt, tragende Grundelemente des Häuserbaus aus Holz durch modulare Elemente aus recyceltem Kunststoff zu ersetzen, wie sie in der Studie „Design, Manufacture and Testing of Structural Trusses using Additively Manufactured Polymer Composites“ (PDF) schreiben, die in den Solid FreeForm Fabrication Symposium Proceedings erschienen ist.

Die MIT-Ingenieure haben für ihre Versuche zunächst ein alternatives Bodenfachwerk entwickelt. Herkömmlicherweise besteht ein solches aus Holzbalken, die mit diagonalen und parallel angebrachten Stützstrukturen verbunden werden und so ihre Stabilität erreichen. Darauf wird dann ein Boden aufgebracht, der ebenfalls aus Holz besteht.

Leichte und stabile strukturelle Elemente

Die Forscher entwickelten eine Struktur, die eine hohe Tragfähigkeit versprach. Die Grundelemente dafür wurden mit einem industriellen 3D-Drucker aus recyceltem Kunststoff ausgedruckt. Aus den rund 2,4 m langen, 2,5 cm breiten und 30 cm hohen Elementen bauten die Ingenieure vier Fachwerkskonstruktionen zusammen. Deren Tragkraft betrug etwa 1814 kg. Damit übererfüllen sie die Baunormen des US-Ministeriums für Wohnungsbau und Stadtentwicklung. Die einzelnen Kunststoffteile wiegen lediglich 5,9 kg und sind damit deutlich leichter als vergleichbare Konstruktionselemente aus Holz. Eine Herstellung im 3D-Druckverfahren mit einem industriellen Großdrucker ist in lediglich 13 Minuten möglich.

Angespornt von den Ergebnissen beabsichtigt das MIT-Team, weitere strukturelle Elemente für den Häuserbau zu konstruieren und auszudrucken, um so einen kompletten strukturellen Rahmen für ein kleines Haus zu erhalten.

Bisher setzen die Wissenschaftler für den 3D-Druck Kunststoffe ein, die für den Recyclingprozess vorab vorsortiert und gereinigt wurden. Die verwendeten Kunstoffpellets bestehen aus einer Mischung aus PET und Glasfaser, um eine gute Druckbarkeit mit hoher Haltbarkeit zu kombinieren. Solche Kunststoffe sind allerdings teuer. Damit die im Häuserbau zum Einsatz kommenden Kunststoffe einen konkurrenzfähigen Preis im Vergleich zu Holz erreichen, wollen die Wissenschaftler künftig verschmutzte Kunststoffe, etwa von benutzten PET-Flaschen, verwenden. Wie sich solche Verschmutzungen auf die Festigkeit der Elemente für den Häuserbau auswirken können, müsse aber noch genauer untersucht werden. Die Forscher sind aber sicher, dass sich daraus erwachsene Probleme lösen lassen, um leichte und somit gut zu transportierende Bauteile im industriellen Maßstab erstellen zu können.

(olb)