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Glas ist ein außergewöhnliches Material, denn solange es nicht kontaminiert ist, kann es unbegrenzt recycelt werden, ohne dass sich seine Eigenschaften verändern. Dies ist einer der Gründe, warum die additive Fertigung interessant ist. Darüber hinaus ermöglicht das 3D-Druckverfahren eine größere Designflexibilität und geringere Kosten im Vergleich zum herkömmlichen Glasformen. Angesichts dieser Eigenschaften wollten die MIT-Ingenieure die Machbarkeit der Verwendung von Glas in der additiven Fertigung zur Herstellung von Strukturbauelementen testen. Deshalb entwickelten sie 3D-gedruckte Mauerwerkselemente aus Glas, die sich wie Legosteine stapeln und ineinander stecken lassen.
Die Forschung wurde von den MIT-Ingenieuren Daniel Massimino, Ethan Townsend, Charlotte Folinus, Michael Stern und Kaitlyn Becker geleitet. Gemeinsam schufen sie starke, mehrschichtige Kalk-Natron-Glassteine, jeder in der Form einer Acht. Jeder Stein hat zwei runde Stifte, genau wie Legosteine, wodurch er beliebig positioniert und neu angeordnet werden kann, was zu einer enormen Kompositionsvielfalt und einem nachhaltigen Lebenszyklus führt. Wenn die Steine nicht zusammengebaut sind, können sie zum erneuten Drucken eingeschmolzen werden.
In einem von MIT News veröffentlichten Artikel erklärt Daniel Massimino: „Die Achterform ermöglicht es uns, die Ziegel beim Zusammenfügen zu formen, um Wände mit einer bestimmten Krümmung zu bilden. Einschränkung.“ Diese Arbeitsweise entspricht dem Konzept des zirkulären Bauens, bei dem Baumaterialien nach Möglichkeit wiederverwendet werden sollten, um die mit der Gesamtkonstruktion des Gebäudes verbundenen CO2-Emissionen zu reduzieren. Die Haltbarkeit der Glasbausteine war ein Schlüsselfaktor in der Studie.
3D-gedrucktes Glas als Baumaterial
MIT-Ingenieure verwendeten einen maßgeschneiderten Glas-3D-Drucker namens Glass 3D Printer 3 (G3DP3), der vom MIT-Spin-off-Unternehmen Evenline geliefert wurde. Die Maschine verwendet einen Ofen, um zerkleinerte Glasflaschen in eine bedruckbare Form zu schmelzen, die dann geschichtet wird. Die Maschine kann ein maximales Volumen von 32,5 x 32,5 x 38 cm bedrucken und ermöglicht so die Herstellung von Mauerwerkselementen in Originalgröße.
Das Team druckte drei Arten von Blöcken – vollständig hohl, gedruckt gegossen und vollständig gedruckt – und stellte fest, dass „hohle Mauerwerkseinheiten eine direktere Möglichkeit zur Implementierung bieten, während vollständig gedruckte Einheiten möglicherweise eine Möglichkeit bieten, einen transparenten und abgerundeten Ansatz für architektonische Elemente zu schaffen.“
Sie testeten die Festigkeit der Blöcke mit einer industriellen hydraulischen Presse und stellten fest, dass die stärksten Blöcke dem gleichen Druck standhalten wie Betonblöcke. Am stärksten sind diejenigen, die an der Unterseite eine separate Verriegelungsvorrichtung haben und aus unterschiedlichen Materialien bestehen. „Glas ist ein komplex zu verarbeitendes Material“, erklärte Becker im selben MIT News-Artikel. „Zu diesem Zeitpunkt sind ineinandergreifende Elemente aus verschiedenen Materialien am vielversprechendsten.“ Dem Artikel zufolge planen die Forscher, weitere ineinandergreifende Glaselemente zu drucken.
Ingenieure haben auf dem MIT-Campus eine Glaswand gebaut, um das Potenzial ihrer 3D-gedruckten Steine zu demonstrieren. In Zukunft planen sie, die Blöcke zum Bau größerer, komplexerer Strukturen zu verwenden, und glauben, dass sie sowohl für Außen- als auch für Innenwände verwendet werden könnten.
