Lehrprojekte und Studienarbeiten

IPBU Projekt – modular AM Bridge

fertig montierte Brücke
fertig montierte Brücke
fertiges Brückenmodul im WAAM Labor
fertiges Brückenmodul im WAAM Labor

Im Rahmen des Master Moduls IPBU wurde eine modulare Brücke entworfen, gefertigt und auf ihre Tragfähigkeit untersucht. Hintergrund des Projekts war es eine Brücke mit flexibler Querschnittsgestaltung, Länge und Neigung mit möglichst hohem Vorfertigungsgrad für den Einbau auf der Baustelle zu entwerfen. Die Brücke sollte dann im Maßstab 1:10 gefertigt werden. Zur Verbindung der einzelnen Module wurden Punktschweißungen genutzt. Die Module wurden abschließend von der Grundplatte abgetrennt und zusammengefügt. Die Verbindung erfolgte über die Punktschweißungen, welche über ein gebortes Negativ an das benachbarte Modul angeschlossen wurden. Zusammengehalten wurde das Paket aus 5 Modulen mittels zweier vorgespannter Gewindestangen.

 

 

 

 

Knotenpunkt für den Einsatz in räumlichen Tragwerken

Knotenpunkt mit vier Anschlussflächen für mögliche Verbindungen mit Stahlprofilen
Knotenpunkt mit vier Anschlussflächen für mögliche Verbindungen mit Stahlprofilen

Im Rahmen einer Studienarbeit wurde ein ebener Stahlbau Knoten entworfen und mittels parametrisiertem Robotercode gefertigt. Das Projekt ist ein typischer Einstieg in den 3D-Druck mit Stahl. Ein nächster Schritt wäre die Topologieoptimierung des Knotens sowie eine Anpassung der Anschlussflächen an ein beliebiges räumliches Tragwerk.

Additiv gefertigte Brücke

Auskragende Brückensegmente während der Fertigung
Auskragende Brückensegmente während der Fertigung

Die Studienarbeit befasste sich mit der Additiven Fertigung einer Brücke als skaliertes Modell für das spätere Pilotprojekt AM-Bridge 2019. Zur Fertigung auskragender Bauteile wurde nach Voruntersuchungen die CMT Cycle Step Schweißprozessvariante gewählt. Als Schutzgas wurde ein Mischgas M21 aus Argon (82 %) und CO2 (18 %) verwendet. Der Schweißdraht, Typ G3Si-WEKO2, besitzt einen Durchmesser von 1,20 mm. Basierend auf dem geringen Wärmeeintrag des Cycle Step Prozesses werden Untersuchungen in Wannenlage und insbesondere in Zwangslage durchgeführt, um Erkenntnisse hinsichtlich des Prozessablaufs und der Prozesssteuerung zur Fertigung der Brücke zu erlangen. Nahthöhen, Schweißpfade, Aufbaugeometrie, Oberflächenbeschaffenheit und die Homogenität des Nahtquerschnitts wurden in ihrer Ausprägung und auf ihre Prognostizierbarkeit geprüft. Hieraus wurden praxistaugliche Schweiß- und Prozessparameter abgeleitet. Darauf aufbauend wurde eine Machbarkeit und eine Prognose der Reproduzierbarkeit durch die Fertigung von zwei Brückenmodellen untersucht. Abschließend wurden Vorschläge für eine Umsetzung im Feldversuch AM-Bridge 2019 aufgezeigt.