Integration passiver und aktiver Funktionen in additiv gefertigten Bauteilen

Additive Fertigung (Additive Manufacturing/AM, 3D Druck), ein computerbasiertes Fertigungsverfahren, revolutioniert aktuell schon mehrere Industriezweige. Wird dieses Potential in großem Maßstab auf das Bauen angewandt, könnte diese Technologie eine Schlüsselrolle für die Digitalisierung des Bauwesens spielen und neue Gestaltungsmöglichkeiten sowie effizientere und ressourcenschonendere Konstruktionsmethoden ermöglichen.

An diesem Thema forschen nun mehrere Lehrstühle der TUM gemeinsam mit Instituten aus Braunschweig und Hannover im neuen Sonderforschungsbereich TRR 277 “Additive Manufacturing in Construction”, welcher von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) gefördert wird.

Zusammenfassung
Der Lehrstuhl für Gebäudetechnologie und klimagerechtes Bauen leitet ein Teilprojekt innerhalb des TRR 277, welches darauf abzielt additive gefertigte Bauteile zu entwickeln und zu testen, die mehrere passive und aktive Funktionen zur Optimierung des Gebäudebetriebs und des Nutzerkomforts integrieren. Es werden die Potentiale der additiven Fertigung von Bauteilen zur Integration verschiedener Eigenschaften untersucht. In dieser Forschung werden Ansätze für einen robusten Gebäudebetrieb durch AM-Bauteile und die Integration passiver und aktiver Funktionen in deren Entwurfs-, Herstellungs- und Konstruktionsprozess vorgestellt.

Forschungsfrage
Welche passiven und aktiven Funktionen können in AM-Bauteile für unterschiedliche Geometrien und Anwendungsfälle unter Berücksichtigung der Materialität integriert werden und kann deren Anwendbarkeit verifiziert werden?

Erwartete Ergebnisse:

• Analyseverfahren zur Untersuchung, wie bei komplexen AM-Bauteilgeometrien zum einen der Materialverbrauch minimiert und zum anderen eine leistungsoptimierte, intrinsische Charakteristik erreicht werden kann.
• ŸMethode zur Optimierung der integrierten Funktionen in AM-Bauteile durch einen simulations-basierten Prozess.
• ŸAdditiv gefertigte Bauteile mit mehreren integrierten passiven und aktiven Funktionen.

Methodik

• ŸIntegration und Verifizierung von Gebäudetechnik im Kontext von Additive Manufacturing.
• Methodik basierend auf der Vorhersage spezifischer Komfortparameter im Innenraum durch Simulationen unter Berücksichtigung von Standort, Nutzung, Klimabedingungen und Materialeigenschaften der Bauteile.
• ŸSchwerpunkt auf der Bewertung von vielfältigen Anforderungen für passive und aktive Funktionalität von Bauteilen.
• ŸSimulationsgestützter, parametrische Designprozess zur Untersuchung, Vorhersage und Quantifizierung der Vorteile verschiedener Funktionen in Bezug auf Energie und Komfort.
• ŸAufbauend auf Potential- und Leistungsanalysen werden einzelne Varianten in physischen Mock-ups umgesetzt.
• ŸIdentifizierung von Prototypen, einschließlich der integrierten Funktionen, die unter realen Bedingungen in den Forschungslaboren getestet werden.
• ŸDie hergestellten Prototypen werden unter der Anwendung verschiedener Protokolle getestet, um die Simulationen zu verifizieren und zu validieren.