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Title:
3D PRINTING METHOD FOR PRODUCING CONCRETE-CONTAINING SEGMENTS OF A 3D OBJECT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/169369
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a three-dimensional (3D) printing method for the (layer-by-layer) production of at least one segment (portion) of a three-dimensional (3D) concrete-based object, the at least one segment having at least three layers and containing concrete. In the method, a first concrete layer is produced to start with by extruding fresh concrete. Subsequently, a first adhesive layer is applied to the side of the first concrete layer facing upward, and then, in turn, a second concrete layer is applied to the side of the first adhesive layer facing upward. Further adhesive and concrete layers can be successively applied as necessary, wherein the corresponding concrete layers and adhesive layers in each segment are arranged in an alternating manner one atop the other, and the top layer and the bottom layer of each concrete-containing segment are formed from a concrete layer. The present invention also relates to a segment of a 3D object as such, the segment having at least three layers and containing concrete and being produced by the method according to the invention. The invention also relates to the use of at least one segment as such, having at least three layers and containing concrete, to produce a 3D object or for integration in a 3D object. The present invention also relates to a three-dimensional (3D) object as such, containing at least one segment which has at least three layers and contains concrete and can be produced by the method according to the invention.

Inventors:
SCHACHT MAIK (DE)
STREICHER MARKUS (DE)
MORARU BOGDAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/053174
Publication Date:
August 27, 2020
Filing Date:
February 07, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BASF SE (DE)
International Classes:
E04G21/04; B28B1/00; B29C64/106; B33Y10/00; B33Y70/00; C04B40/00; C04B111/00
Foreign References:
KR101948547B12019-02-15
KR20180016100A2018-02-14
JP2017119360A2017-07-06
US7814937B22010-10-19
US20100025349A12010-02-04
US20100257792A12010-10-14
EP0950484B12002-08-21
Attorney, Agent or Firm:
ELLWANGER, Arndt (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Dreidimensionales (3D) Druckverfahren zur schichtweisen Herstellung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes, umfassend die folgenden Schritte a) bis c): a) Extrusion von Frischbeton unter Ausbildung einer ersten Betonschicht (B1), die eine nach oben gerichtete Seite umfasst, b) Aufbringen einer ersten Klebeschicht (K1) auf die erste Betonschicht (B1) unter Verwendung von mindestens einem Klebemittel, wobei die erste Klebeschicht (K1) die nach oben gerichtete Seite der ersten Betonschicht (B1) vollständig oder zumindest teilweise bedeckt, c) Aufbringen einer zweiten Betonschicht (B2) durch Extrusion von Frischbeton auf die erste Klebeschicht (K1), wobei die zweite Betonschicht (B2) vollständig oder zumindest teilweise die nach oben gerichtete Seite der ersten Klebeschicht (K1) bedeckt, unter Ausbildung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines 3D- Gegenstandes, wobei die erste Betonschicht (B1) die unterste Schicht, die erste Klebeschicht (K1) die Zwischenschicht und die zweite Betonschicht (B2) die oberste Schicht des zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments ausbilden.

2. 3D-Druckverfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das

Verfahren einen zusätzlichen Schritt d) umfasst, wobei d) mindestens einfache Wiederholung der Schritte b) und c) unter Ausbildung eines vielschichtigen betonhaltigen Segments eines 3D-

Gegenstandes, wobei im vielschichtigen betonhaltigen Segment die jeweiligen Betonschichten und Klebeschichten in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind und die oberste Schicht und die unterste Schicht des betonhaltigen Segments von jeweils einer Betonschicht ausgebildet werden.

3. 3D-Druckverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass i) das Verfahren als 3D-Extrusionsdruckverfahren durchgeführt wird, und/oder ii) die Extrusion von Frischbeton in den Schritten a), c) und/oder gegebenenfalls d) unter Verwendung einer ersten Düse (D1) durchgeführt wird, vorzugsweise ist die Düse (D1) Bestandteil eines 3D- Druckers, insbesondere ist die Düse (D1) in einem Druckkopf eines 3D- Druckers enthalten, und/oder iii) das Verfahren computergestützt durchgeführt wird, insbesondere unter Verwendung von mindestens einer Slicersoftware. 4. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten b) und/oder gegebenenfalls d) das mindestens eine Klebemittel durch Extrusion auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht wird. 5. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebemittel Betonschlämme eingesetzt wird.

6. 3D-Druckverfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusion des Klebemittels unter Verwendung einer zweiten Düse (D2) durchgeführt wird, vorzugsweise ist die Düse (D2) Bestandteil eines 3D- Druckers, insbesondere ist die Düse (D2) in einem Druckkopf eines 3D- Druckers enthalten.

7. 3D-Druckverfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (D1) und (D2) Bestandteil desselben 3D-Druckers sind, wobei vorzugsweise i) die beiden Düsen (D1) und (D2) im selben Druckkopf des 3D-Druckers angeordnet sind und miteinander gekoppelt betrieben werden, oder ii) die beiden Düsen (D1) und (D2) jeweils in separaten Druckköpfen des 3D-Druckers angeordnet sind und getrennt voneinander betrieben werden. 8. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel in den Schritten b) und/oder gegebenenfalls d) auf die darunter liegende Betonschicht erst dann aufgebracht wird, wenn die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Betonschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als Festbeton ausgehärtet ist.

9. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der nächsten Betonschicht auf die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Klebeschicht in den Schritten c) und/oder gegebenenfalls d) so erfolgt, dass i) die nächste Betonschicht direkt im Anschluss an das vollständige Ausbilden der Klebeschicht auf der darunter liegenden Betonschicht erfolgt, oder ii) die nächste Betonschicht zeitgleich mit dem Klebemittel auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht wird, wobei der Frischbeton zur Ausbildung der nächsten Betonschicht nur auf diejenigen Stellen extrudiert wird, auf denen bereits Klebemittel unter Ausbildung eines entsprechenden Teilbereichs der Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht worden ist, vorzugsweise wird die nächste Betonschicht zeitgleich mit dem Klebemittel auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht, wobei der Frischbeton zur Ausbildung der nächsten Betonschicht nur auf diejenigen Stellen extrudiert wird, auf denen bereits Klebemittel unter Ausbildung eines entsprechenden Teilbereichs der Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht worden ist.

10. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes ist, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager.

11. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im jeweiligen 3D-Gegenstand alle zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente oder zumindest ein Großteil der zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente, vorzugsweise alle zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente, nach einem Verfahren gemäß den Schritten a) bis c) und gegebenenfalls d) hergestellt worden sind.

12. 3D-Druckverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der durchschnittlichen Dicke einer Betonschicht zu der durchschnittlichen Dicke einer darauf aufgebrachten Klebeschicht > 1 : 1 , vorzugsweise > 3 : 1 , insbesondere 6 : 1 bis 50 : 1 beträgt.

13. Zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment eines 3D-Gegenstandes, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, vorzugsweise ist der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager. 14. Verwendung von mindestens einem zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segment gemäß Anspruch 13 zur Herstellung von einem oder zur Einarbeitung in einen 3D-Gegenstand,

vorzugsweise ist der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager.

15. Dreidimensionaler (3D) Gegenstand enthaltend mindestens ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment gemäß Anspruch 13.

Description:
3D-Druckverfahren zur Herstellung von betonhaltigen Segmenten eines 3D- Gegenstandes

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dreidimensionales (3D) Druckverfahren zur (schichtweisen) Herstellung von mindestens einem zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segment (Teilbereich) eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes auf Betonbasis. In dem Verfahren wird zunächst durch Extrusion von Frischbeton eine erste Betonschicht hergestellt. Anschließend wird auf die nach oben gerichtete Seite der ersten Betonschicht eine erste Klebeschicht aufgebracht, worauf wiederum auf die nach oben gerichtete Seite der ersten Klebeschicht eine zweite Betonschicht aufgebracht wird. Sukzessive können gegebenenfalls weitere Klebe- und Betonschichten aufgebracht werden, wobei im jeweiligen Segment die entsprechenden Betonschichten und Klebeschichten in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind und die oberste Schicht und die unterste Schicht des jeweiligen betonhaltigen Segments von jeweils einer Betonschicht ausgebildet werden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment eines 3D-Gegenstandes als solches, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Ein weiterer Gegenstand ist die Verwendung von mindestens einem zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segment als solchem zur Herstellung von einem oder zur Einarbeitung in einen 3D-Gegenstand. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein dreidimensionaler (3D) Gegenstand als solcher, enthaltend mindestens ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment herstellbar gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Der 3D-Druck als solcher ist mittlerweile ein weitverbreitetes Verfahren, bei dem prinzipiell ein geeignetes Ausgangsmaterial Schicht für Schicht (beispielsweise auf einer Grundplatte) aufgetragen und so dreidimensionale (3D) Gegenstände (auch als Werkstücke, Objekte oder 3D-Druckprodukt bezeichnet) in zahllosen Variationen hinsichtlich Geometrie, Form, Größe und/oder Gestalt erzeugt werden können. Im Rahmen des 3D-Drucks sind mittlerweile mehrere unterschiedliche Arten/Techniken von 3D-Druckverfahren bekannt, wie beispielsweise selektives Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern, Stereolithographie oder das Fused Deposition Modeling (FDM)-Verfahren. Die vorgenannten Verfahren als solche sind dem Fachmann allesamt bekannt, sie unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich des Einsatzes der spezifischen Ausgangsstoffe und/oder der speziellen Verfahrensbedingungen, mit denen die Ausgangsstoffe in das gewünschte 3D-Produkt verwandelt werden (beispielsweise Verwendung spezieller Laser, Elektronenstrahlen oder spezieller Aufschmelz-/Extrusionstechniken). Häufig sind die kommerziell erhältlichen 3D-Drucker auf das gewünschte 3D-Druckverfahren abgestimmt. 3D-Druckverfahren können unter anderem auch zur Herstellung von sehr großen Gegenständen bzw. Teilbereichen (Segmente) solcher großer (3D)-Gegenstände eingesetzt werden. So ist es mittlerweile durchaus möglich, selbst sehr große Gegenstände wie Gebäude/Häuser ganz oder teilweise mit 3D-Druckverfahren herzustellen. Als Ausgangsmaterialien werden in solchen Fällen auch bei 3D- Druckverfahren betonhaltige Materialien eingesetzt. Der große Vorteil von 3D- Druckverfahren in der Herstellung von großen Gegenständen, wie beispielsweise Gebäuden aus betonhaltigen Materialien, ist darin zu sehen, dass die Herstellung der entsprechenden Gegenstände bzw. Segmente schichtweise erfolgt, was eine große Vielfalt hinsichtlich der Geometrie, Form, Größe und/oder Gestalt ermöglicht, während bei klassischen Betonherstellungsverfahren (bzw. klassischen Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Beton) hingegen der entsprechende Gegenstand bzw. der Teilbereich an einem Stück hergestellt wird, wobei in der Regel Formen zum Eingießen des Betons verwendet werden müssen, was die Formgebung bzw. Weiterverarbeitung deutlich erschwert.

Weiterhin bleibt festzuhalten, dass ein 3D-Druckverfahren ein prinzipiell automatisiertes Verfahren ist, bei dem auf Basis eines vordefinierten Bauplans unter Verwendung einer Maschine, also des 3D-Druckers, das entsprechende Segment bzw. der gesamte 3D-Gegenstand größtenteils oder sogar vollständig maschinell hergestellt wird, während bei klassischen Verfahren viele Arbeitsschritte manuell (in Form von Handarbeit) durchgeführt werden. Klassische Betonherstellungsverfahren sind also zeit- und kostenintensiver und/oder bedürfen eines deutlich größeren personellen Aufwands.

Sofern ein 3D-Druckverfahren bei der Herstellung von betonhaltigen Gegenständen eingesetzt wird, erfolgt dies in der Praxis meistens durch Extrusion von Betonwerkstoffen, wobei über Düsen der entsprechende Betonwerkstoff schichtweise, beispielsweise zur Errichtung von Mauern oder anderen Gebäudeteilen, extrudiert bzw. eingesetzt wird. Ein generelles Problem ist dabei, dass der verwendete Betonwerkstoff relativ schnell eine hohe Festigkeit erreichen muss, damit er das Gewicht der weiteren Schichten, die darauf aufgebracht werden, tragen kann ohne seitwärts zu zerlaufen. Betonwerkstoffe, die relativ schnell trocknen bzw. relativ schnell eine hohe Festigkeit entwickeln, sind kommerziell erhältlich.

Trotz dieser kommerziell erhältlichen, schneller trocknenden Betonwerkstoffe ist ein wesentliches Problem bei den entsprechenden 3D-Druckverfahren darin zu sehen, dass innerhalb einer einzelnen Schicht das eingesetzte Material unterschiedlich stark getrocknet und/oder erhärtet ist, da die horizontale Aufbringungslänge von beispielsweise einer Mauer oder eines sonstigen beliebigen Segmentes stark variieren kann und damit der Trockenprozess und/oder Erhärtungsprozess in einem Teil bereits weit fortgeschritten ist, während in einem anderen Teil die Oberfläche noch nass genug ist, um eine Bindung mit der nächsten Betonschicht einzugehen. Weiterhin weist jede neu aufgebrachte Betonschicht einen anderen durchschnittlichen Trocknungsgrad bzw. Erhärtungsgrad auf als die entsprechende darunter liegende Schicht. Je trockener die einzelnen Schichten sind, desto mehr Last kann die jeweilige Schicht aufnehmen, aber umso schlechter ist die Haftung an der Grenzfläche zwischen den einzelnen Schichten. Demzufolge sind insbesondere die Verbindungsflächen zwischen den einzelnen Betonschichten beim 3D-Druckverfahren als potentielle Schwachpunkte der dementsprechend hergestellten 3D-Gegenstände anzusehen, weil die Stabilität dort am geringsten ist.

US-B 7,814,937 offenbart eine Methode zur schichtweisen Herstellung von großen dreidimensionalen Gegenständen, wie Häusern, unter Verwendung von zementhaltigen Materialien. Das zementhaltige Material wird unter Verwendung einer Düse, die Bestandteil einer komplexen Druckvorrichtung ist, schichtweise unter Erhalt eines komplexen 3D-Gegenstandes, insbesondere eines Hauses, verarbeitet. Letztendlich ist in US-B 7,814,937 ein dreidimensionales Druckverfahren offenbart, wobei ein 3D-Drucker auf einem Fahrzeug, insbesondere einem Lastkraftwagen, fest installiert ist. Vor der konkreten Anwendung, beispielsweise der Herstellung eines Hauses, wird der auf dem Fahrzeuge angebrachte 3D-Drucker in einen betriebsbereiten Zustand gebracht, wobei der 3D-Drucker aus dem „zusammengefalteten Zustand“ (zum Transport auf dem Fahrzeug) in einen betriebsbereiten Zustand ummontiert werden muss. Durch schichtweises Aufbringen des zementhaltigen Materials wird letztendlich (aufgrund des eingesetzten Zements) ein vermutlich betonhaltiger, dreidimensionaler Gegenstand, insbesondere ein Haus, hergestellt. Weder in diesem noch in den beiden nachfolgend aufgeführten Dokumenten ist jedoch in irgendeiner Form ausgeführt, wie das Haftungsproblem zwischen den einzelnen 3D-gedruckten Schichten überwunden werden kann.

Ein weiteres dreidimensionales Drucksystem, das zur Extrusion von zementhaltigem Material durch eine Düse eingesetzt werden kann, ist in US-A 2010/0025349 offenbart. Der dort beschriebene 3D-Drucker wird als Roboter- Kran-System bezeichnet. Über eine entsprechend bewegliche Brücke, an der eine Extrusionsdüse für das zementhaltige Material angebracht ist, können je nach Wunsch Bewegungen der Düse in alle Raumrichtungen (X-, Y- und Z-Richtung) durchgeführt werden, wodurch das zementhaltige Material in beliebigen Formen gedruckt werden kann.

US-A 2010/0257792 offenbart ein automatisiertes System zur Extrusion von Konstruktionsmaterial, das auch zementhaltiges Material umschließt. Das automatisierte System enthält eine Extrusionsdüse. Weiterhin werden Extrusionsdüsensysteme offenbart, die über mindestens zwei getrennt voneinander betreibbare Extrusionsdüsen verfügen. Durch solche Systeme mit mindestens zwei Extrusionsdüsen können beispielsweise dreidimensionale Gegenstände hergestellt werden, die über spezielle Schichten (Wände) an den Seitenflächen eines entsprechend hergestellten dreidimensionalen Gegenstandes verfügen.

EP-B 0 950 484 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundsteinen. Bei diesem Verfahren handelt es sich nicht um ein 3D- Druckverfahren, sondern um ein klassisches Verfahren, bei dem Beton in eine Form gegossen wird, um dort auszuhärten. Konkret wird dort ein Verfahren zur Herstellung von Verbundsteinen beschrieben, die eine in Gebrauchslagen obere Natursteinplatte und eine untere Tragschicht aus Beton umfassen, die innig miteinander verbunden sind. Die mit ihrer Oberseite nach unten weisende Natursteinplatte wird dabei auf eine Unterlage gelegt und mit einem Formkasten unter Verwendung eines die Natursteinplatte umgebenden elastischen Elementes abdichtend umschlossen. Anschließend wird in den Formkasten Beton eingebracht und verdichtet. Abschließend wird der Formkasten vom Verbundstein getrennt. Der Verbundstein umfasst somit einen Bestandteil aus (gehärtetem Beton) sowie einen Bestandteil aus einer Natursteinplatte.

Unabhängig davon, ob ein 3D-Druckverfahren oder ein klassisches Verfahren zur Herstellung von betonhaltigen 3D-Gegenständen eingesetzt werden soll, ist es dem Fachmann bekannt, dass bei der Verarbeitung von betonhaltigen Werkstoffen gewisse Regeln einzuhalten sind bzw. welche konkreten chemischen Verbindungen/Zusammensetzungen unter dem Begriff „Beton“ von einem Fachmann verstanden werden (siehe beispielsweise die Online-Enzyklopädie Wikipedia unter dem Begriff „Beton“: https://de.wikipedia.org/wiki/beton; Fassung vom 10. Januar 2019). Bereits ausgehärteter Beton wird als Festbeton bezeichnet, zur Verarbeitung wird jedoch Frischbeton eingesetzt, also Beton, der noch nicht ausgehärtet ist. Beton ist in unterschiedlichen Zusammensetzungen erhältlich, als Grundbestandteile sind darin jedoch Zement (fungiert als Bindemittel), Gesteinskörnungen (als Zuschlagstoffe) sowie Wasser in aller Regel enthalten. In Frischbeton ist der sogenannte Zementleim, also ein Gemisch aus Wasser, Zement und weiteren feinkörnigen Bestandteilen noch nicht abgebunden. Dadurch ist der Frischbeton noch verarbeitbar, das heißt formbar und zum Teil fließfähig. Um ein Absetzen des Betons und gegebenenfalls ein Vorzeitiges Abbinden zu unterbinden, wird in der Praxis Frischbeton in der Regel in Bewegung gehalten, beispielsweise in Form von Mischern, die auch auf Lastkraftwagen vorhanden sein können. Dadurch wird ein Absetzen und (zumindest teilweises) Aushärten des entsprechenden Frischbetongemisches unterbunden. Alternativ können auch chemische Zusatzstoffe dem Frischbeton zugegeben werden.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines neuen 3D-Druckverfahrens zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen bzw. Segmenten (Teilbereichen) davon auf Betonbasis. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein 3D-Druckverfahren zur schichtweisen Herstellung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes, umfassend die folgenden Schritte a) bis c): a) Extrusion von Frischbeton unter Ausbildung einer ersten Betonschicht (B1), die eine nach oben gerichtete Seite umfasst, b) Aufbringen einer ersten Klebeschicht (K1) auf die erste Betonschicht (B1) unter Verwendung von mindestens einem Klebemittel, wobei die erste Klebeschicht (K1) die nach oben gerichtete Seite der ersten Betonschicht (B1) vollständig oder zumindest teilweise bedeckt, c) Aufbringen einer zweiten Betonschicht (B2) durch Extrusion von Frischbeton auf die erste Klebeschicht (K1), wobei die zweite Betonschicht (B2) vollständig oder zumindest teilweise die nach oben gerichtete Seite der ersten Klebeschicht (K1) bedeckt, unter Ausbildung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines 3D- Gegenstandes, wobei die erste Betonschicht (B1) die unterste Schicht, die erste Klebeschicht (K1) die Zwischenschicht und die zweite Betonschicht (B2) die oberste Schicht des zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments ausbilden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können in vorteilhafter Weise drei- oder höherschichtige betonhaltige Segmente eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes hergestellt werden. Diese betonhaltigen Segmente weisen eine erhöhte Stabilität im Vergleich zu herkömmlich hergestellten schichtweisen Segmenten auf, da die Schichten erfindungsgemäß unabhängig vom Aushärtungsgrad des eingesetzten Betons kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Da die Stabilität eines solchen betonhaltigen Segmentes höher ist, ist somit auch die Stabilität des entsprechenden dreidimensionalen Gegenstandes, beispielsweise eines Gebäudes, höher, das sich aus einem oder mehreren solcher mehrschichtiger betonhaltiger Segmente zusammensetzt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die entsprechenden zumindest dreischichtigen bzw. mehrschichtigen betonhaltigen Segmente schneller und/oder höher/größer hergestellt werden. In der gleichen Zeiteinheit lässt sich also schneller und höher/größer bauen im Vergleich zu klassischen Betonherstellungsverfahren sowie nach bereits bekannten 3D-Drucktechniken auf Betonbasis. Aufgrund der zwischen den einzelnen betonhaltigen Schichten vorhandenen Klebeschicht können schneller bzw. höher mehrere darüber liegende Schichten aufeinander aufgetragen werden, ohne auf den ausreichenden bzw. vollständigen Aushärtungsgrad der unten liegenden Schichten warten zu müssen.

Weil im erfindungsgemäßen 3D-Druckverfahren zwischen den einzelnen Betonschichten eine Klebeschicht eingesetzt wird, muss nicht mehr gewartet werden, bis die jeweils darunter liegende Betonschicht vollständig oder zumindest weitgehend getrocknet ist, um einerseits ein Zerlaufen der Betonschicht ausschließen zu können und gleichzeitig eine möglichst feste Verbindung mit der nachfolgenden Betonschicht zu erzielen. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht bereits dann aufgebracht werden kann, wenn die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Betonschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als Festbeton ausgehärtet ist. Ein vollständiges oder zumindest weitgehendes Aushärten der gesamten darunter liegenden Betonschicht ist erfindungsgemäß jedoch nicht erforderlich.

Während es technisch relativ einfach ist, zu bestimmen, ob die Oberfläche einer Betonschicht bereits ausgehärtet ist, gilt dies nicht für die Bestimmung des Aushärtungsgrades der kompletten Betonschicht. In der Praxis kann der Aushärtungsgrad der gesamten Betonschicht während eines 3D-Druckprozesses in der Regel nicht genau bestimmt werden. Demzufolge wird in der Praxis auch bei einem 3D-Druckprozess relativ lange gewartet, bis die nächste Betonschicht auf eine bereits bestehende Betonschicht aufgebracht werden kann, um ein Zerfließen einer nicht ausreichend gehärteten unteren Betonschicht, auch aufgrund des zusätzlichen Drucks der neu aufgebrachten oberen Betonschicht, definitiv vermeiden zu können. Sofern die untere Betonschicht aufgrund des zusätzlichen Gewichtes teilweise zerfließt, verliert sie dadurch auch ihre Form, was sich wiederum negativ auf die Haftung der einzelnen Schichten an den Kontaktstellen auswirkt. Durch die erfindungsgemäß verwendete Klebeschicht wird jedoch diese Haftung verbessert und dadurch auch indirekt ein Druckausgleich auf die untere, unter Umständen noch nicht vollständig ausgehärtete, Betonschicht bewirkt. Folglich ist es besonders vorteilhaft, dass im erfindungsgemäßen Verfahren die Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht zeitlich direkt vor dem 3D-Druck der nachfolgenden/darüber liegenden Betonschicht aufgebracht werden kann. Die Klebeschicht kann zum Beispiel durch eine zusätzliche Düse oder einen zusätzlichen Druckkopf, die direkt vor der entsprechenden Düse oder dem entsprechenden Druckkopf zum Aufbringen der nachfolgenden Betonschicht angebracht sind, aufgetragen werden. Somit können zwei Arbeitsgänge direkt hintereinander mit einem einzigen 3D-Druckgerät erfolgen.

Gegenüber herkömmlichen Betonverarbeitungsverfahren hat das erfindungsgemäße 3D-Druckverfahren den Vorteil, dass es ein prinzipiell automatisiertes Verfahren ist, wobei in der Regel aufgrund eines vordefinierten Bauplanes unter Verwendung einer Maschine, also eines 3D-Druckers, das entsprechende Segment bzw. der gesamte 3D- Gegenstand größtenteils oder sogar vollständig maschinell hergestellt wird. Im Gegensatz dazu wird bei klassischen Betonherstellungsverfahren ein Großteil der Arbeitsschritte manuell erledigt. Dies ist viel zeit- und kostenintensiver, insbesondere erfordert dies einen höheren personellen Aufwand. Zudem müssen beim erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu herkömmlichen (klassischen) Betonherstellungsverfahren keine Formen zum Eingießen des Frischbetons verwendet werden.

Aufgrund der besseren Haftung der einzelnen Schichten untereinander ist das Problem des unterschiedlichen Trocknungszustandes der jeweiligen Schichten minimiert bzw. ganz ausgeräumt. Die einzelnen betonhaltigen Schichten und/oder das mehrschichtige betonhaltige Segment bzw. der gesamte 3D-Gegenstand ist somit stabiler. Beispielsweise zeigt er keine oder weniger Risse auf, insbesondere an den Stellen, an denen sich die jeweiligen betonhaltigen Schichten berühren. Dies kann beispielsweise durch Messung von Haftzugwerten bestimmt werden. Haftzugwerte für zwei Betonschichten, die im Rahmen eines 3D-Druckverfahrens ohne eine dazwischen liegende Klebeschicht aufeinander aufgebracht werden, liegen in der Regel im Bereich von 0 bis 0,1 N/mm 2 . Im Gegensatz dazu betragen die entsprechenden Haftzugwerte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dazwischen liegender Klebeschicht 0,5 bis 3 N/mm 2 , was einer deutlich verbesserten Haftung/Stabilität entspricht. Haftzugwerte können zum Beispiel nach der Norm DIN 1048 (1979-06-13) bestimmt werden.

Die Stabilität der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten mehrschichtigen betonhaltigen Segmente ist somit mit der Stabilität eines entsprechenden Betonfragmentes vergleichbar, das nach einem klassischen einstufigen Verfahren unter Verwendung entsprechender Formen zur Festlegung der Geometrie (wie sie beispielsweise in EP-B 0 950 484 beschrieben sind) hergestellt worden ist. Gegenüber solchen klassischen Verfahren zur Verarbeitung von betonhaltigen Gegenständen weist das erfindungsgemäße schichtweise Herstellungsverfahren jedoch den Vorteil einer deutlich höheren Variation hinsichtlich Geometrie, Form, Größe und Gestalt des entsprechenden betonhaltigen Gegenstandes auf.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich (soweit nicht anders angegeben) alle Richtungsangaben, wie X-Richtung, Y-Richtung oder Z-Richtung sowie XY-Ebene, auf ein kartesisches Koordinatensystem im dreidimensionalen Raum. Dies bedeutet, dass die drei Richtungsachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) jeweils orthogonal zueinander stehen, also jeweils einen 90°-Winkel zueinander ausbilden. Die Z-Achse (Z-Richtung) wird auch als„vertikale Achse“ bezeichnet. XY-Ebenen können auch als horizontale Ebenen bezeichnet werden, wobei mehrere XY-Ebenen in vertikaler Richtung (also entlang der Z-Achse) parallel zueinander angeordnet sein können. Bewegungen entlang der Z-Achse können auch als„nach oben“ bzw.„nach unten“ bezeichnet werden.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung näher definiert.

Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein 3D-Druckverfahren zur schichtweisen Herstellung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes, umfassend die folgenden Schritte a) bis c): a) Extrusion von Frischbeton unter Ausbildung einer ersten Betonschicht (B1), die eine nach oben gerichtete Seite umfasst, b) Aufbringen einer ersten Klebeschicht (K1) auf die erste Betonschicht (B1) unter Verwendung von mindestens einem Klebemittel, wobei die erste Klebeschicht (K1) die nach oben gerichtete Seite der ersten Betonschicht (B1) vollständig oder zumindest teilweise bedeckt, c) Aufbringen einer zweiten Betonschicht (B2) durch Extrusion von Frischbeton auf die erste Klebeschicht (K1), wobei die zweite Betonschicht (B2) vollständig oder zumindest teilweise die nach oben gerichtete Seite der ersten Klebeschicht (K1) bedeckt, unter Ausbildung eines zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments eines 3D- Gegenstandes, wobei die erste Betonschicht (B1) die unterste Schicht, die erste Klebeschicht (K1) die Zwischenschicht und die zweite Betonschicht (B2) die oberste Schicht des zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segments ausbilden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Beton“ Folgendes verstanden: Beton ist ein Gemisch, das als Hauptkomponenten Zement, Gesteinskörnung sowie Wasser enthält. In Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung können darüber hinaus noch weitere Zusatzstoffe im Beton enthalten sein. Der zwingend enthaltene Bestandteil Zement dient als Bindemittel. Der Begriff „Gesteinskörnung“ umfasst erfindungsgemäß Komponenten wie Split, Kies oder gegebenenfalls auch Sand. Die Gesteinskörnung wird auch als Zuschlagstoff des Betons bezeichnet. Das im Beton enthaltene Wasser wird auch als Zugabewasser/Anmachwasser bezeichnet und dient zum Abbinden des Betons.

Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der Beton einen Bindemittelanteil, vorzugsweise einen Zementanteil, im Bereich von maximal 25 Gew.-%, mehr bevorzugt von maximal 20 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 15 Gew.-% enthält. Der Mindestanteil an Bindemittel, vorzugsweise an Zement, ist im Beton in der Regel mindestens 1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 5 Gew.-%.

Als Zement kann erfindungsgemäß jeder beliebige, dem Fachmann bekannte Zement eingesetzt werden. Zemente können dabei in Reinform eingesetzt werden, häufig sind Zemente aber auch mit weiteren Zusatzstoffen, die gegebenenfalls ebenfalls als Bindemittel fungieren, wie Flugaschen, Schlacken oder Puzzolanen, versetzt (siehe auch die Norm DIN EN 196). Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass der Beton einen Gesamtbindemittelanteil von 240 bis 320 kg/m 3 enthält.

Sinngemäßes gilt auch für den Begriff „betonhaltig“ bzw. den Begriff „Betonschicht“. Erfindungsgemäß bevorzugt ist solch ein Beton bzw. eine Betonschicht, die schnell aushärtet und/oder eine hohe Standfestigkeit aufweist.

Sofern im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht anders ausgeführt, wird unter dem Begriff „Beton“ vorzugsweise der bereits (zumindest teilweise) ausgehärtete, insbesondere der vollständig ausgehärtete, Beton verstanden, der auch als„Festbeton“ bezeichnet werden kann. Beim Festbeton ist somit der vom Wasser initiierte Abbindevorgang, also die chemische Bindung des Wassers mit dem Bindemittel Zement und/oder der Gesteinskörnung bereits vollständig oder zumindest größtenteils abgeschlossen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „Frischbeton“, dass der entsprechende Beton noch verarbeitbar ist. Die einzelnen Grundkomponenten des Betons, insbesondere das Bindemittel und das Wasser, haben noch nicht oder zumindest nur zu einem geringen Teil miteinander abreagiert, die Aushärtung hat also noch nicht stattgefunden. Frischbeton ist somit noch formbar und zumindest zum Teil fließfähig.

Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff „betonhaltiges Segment“ Folgendes verstanden: Ein betonhaltiges Segment ist aus mehreren (einer Vielzahl von) Betonschichten und Klebeschichten aufgebaut, wobei die Betonschichten und Klebeschichten in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Die oberste Schicht (Oberseite) und die unterste Schicht (Unterseite) des jeweiligen betonhaltigen Segmentes werden jeweils von einer Betonschicht ausgebildet. Im betonhaltigen Segment ist der Beton in der Regel, insbesondere nach Beendigung des Herstellungsprozesses, bereits vollständig ausgehärtet. Betonhaltige Segmente als solche können für sich genommen ebenfalls einen dreidimensionalen Gegenstand darstellen. In der Regel werden aber mehrere solcher betonhaltigen Segmente zu einem dreidimensionalen Gegenstand zusammengebaut oder ein dreidimensionaler Gegenstand enthält zumindest ein solches betonhaltiges Segment. Erfindungsgemäß können die betonhaltigen Segmente aus einer beliebigen Anzahl an einzelnen Betonschichten aufgebaut sein. Erfindungsgemäß ist das „kleinste betonhaltige Segment“ (kleinste Einheit) ein dreischichtiges betonhaltiges Segment. Ein dreischichtiges betonhaltiges Segment wird erfindungsgemäß dann erhalten, wenn die Verfahrensschritte a) bis c) jeweils einmal durchgeführt werden. Ein dreischichtiges betonhaltiges Segment weist somit eine erste Betonschicht (B1) als unterste Schicht (Unterseite), eine erste Klebeschicht (K1) als Zwischenschicht und eine zweite Betonschicht (B2) als oberste Schicht (Oberseite) auf.

Erfindungsgemäß können aber auch betonhaltige Segmente mit einer (viel) höheren Anzahl an Schichten hergestellt werden als das vorstehend beschriebene (zumindest) dreischichtige betonhaltige Segment eines dreidimensionalen (3D) Gegenstands. Um solche höherschichtigen oder vielschichtigen betonhaltigen Segmente herzustellen, werden erfindungsgemäß die vorstehend beschriebenen Schritte b) und c) mindestens einfach wiederholt (erfindungsgemäßer Schritt d)).

Die jeweiligen Betonschichten können unterschiedliche oder gleiche Geometrien, Dicken und/oder chemische Zusammensetzungen hinsichtlich des zur Herstellung eingesetzten Frischbetons aufweisen. Erfindungsgemäß ist es jedoch bevorzugt, dass in einem betonhaltigen Segment die darin enthaltenen einzelnen Betonschichten gleich oder zumindest weitgehend gleich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, ihrer Form, Geometrie und/oder Größe sind.

Sinngemäßes gilt auch für die Klebeschichten und/oder das Verhältnis von Klebeschichten zu Betonschichten, wobei sich Klebeschichten und Betonschichten vorzugsweise hinsichtlich ihrer jeweiligen Dicke (Ausdehnung in Z-Richtung) jeweils voneinander unterscheiden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „dreidimensionaler (3D) Gegenstand“ bzw.„3D-Gegenstände enthaltend mindestens ein (erfindungsgemäßes) zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment“, dass der entsprechende 3D- Gegenstand auch aus zwei oder noch mehr erfindungsgemäßen betonhaltigen Segmenten zusammengesetzt sein kann. Darüber hinaus kann der 3D-Gegenstand auch Teilbereiche/Komponenten enthalten, die sich von einem betonhaltigen Segment der vorliegenden Erfindung unterscheiden. Ist der erfindungsgemäße 3D-Gegenstand beispielsweise ein Gebäude, können Teile (Bereiche/Segmente) des entsprechenden 3D-Gegenstandes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sein. Ein Beispiel hierfür sind beispielsweise die Wände eines Hauses. Andere Teile eines solchen 3D-Gegenstandes können wiederum nach einem anderen Verfahren hergestellt worden sein und/oder sie können aus einem anderen Material hergestellt worden sein. Darunter können beispielsweise Türen, Fenster und/oder Dächer eines Hauses fallen. Verfahren zum Verbinden/Zusammenführen von zwei oder mehreren erfindungsgemäßen zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmenten miteinander und/oder mit sonstigen Komponenten unter Erhalt eines 3D-Gegenstandes oder Teilen davon sind dem Fachmann bekannt. Dies kann beispielsweise durch Verschrauben oder Verkleben erfolgen. Erfindungsgemäß ist es theoretisch auch denkbar, dass ein dreidimensionaler (3D) Gegenstand wie ein Gebäude aus einem einzigen erfindungsgemäßen vielschichtigen betonhaltigen Segment schichtweise hergestellt werden kann.

Um erfindungsgemäße betonhaltige Segmente herzustellen, die mehr als dreischichtig sind, also um vielschichtige (mehrschichtige oder höherschichtige) betonhaltige Segmente herzustellen, wird erfindungsgemäß der optionale Verfahrensschritt d) durchgeführt, der wie folgt definiert ist: d) mindestens einfache Wiederholung der Schritte b) und c) unter Ausbildung eines vielschichtigen betonhaltigen Segments eines 3D- Gegenstandes, wobei im vielschichtigen betonhaltigen Segment die jeweiligen Betonschichten und Klebeschichten in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind und die oberste Schicht und die unterste Schicht des betonhaltigen Segments von jeweils einer Betonschicht ausgebildet werden.

Erfindungsgemäß kann der optionale Verfahrensschritt d) beliebig oft durchgeführt werden. Bei jeder Durchführung des Verfahrensschritts d) werden also jeweils einmal der erfindungsgemäße Schritt b) und der erfindungsgemäße Schritt c) wiederholt. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der optionale Verfahrensschritt d) zumindest einmal durchgeführt wird. Auf diese Weise lassen sich somit vielschichtige betonhaltige Segmente eines dreidimensionalen (3D) Gegenstandes hersteilen.

Sofern erfindungsgemäß beispielsweise ein betonhaltiges Segment aus vier Betonschichten hergestellt werden soll, wird erfindungsgemäß zuerst eine erste Betonschicht (B1) durch Extrusion des entsprechenden Frischbetons hergestellt (Schritt a)). Anschließend wird eine erste Klebeschicht (K1) auf die erste Betonschicht (B1) gemäß Schritt b) aufgebracht. Eine zweite Betonschicht (B2) wird anschließend in Schritt c) durch Extrusion von Frischbeton auf die erste Klebeschicht (K1) aufgebracht.

Der Frischbeton der zweiten Betonschicht (B2) kann dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen wie der Frischbeton, der zur Herstellung der ersten Betonschicht (B1) eingesetzt worden ist. Gegebenenfalls können sich die beiden Betonschichten (B1) und (B2) hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung des entsprechenden Frischbetons bzw. der geometrischen Form und/oder Schichtdicke auch unterscheiden. Vorzugsweise stimmen die jeweiligen Betonschichten (B1) und (B2) sowie gegebenenfalls auch alle weiteren Betonschichten hinsichtlich des eingesetzten Frischbetons sowie Geometrie, Form und Schichtdicke überein.

Anschließend wird der optionale erfindungsgemäße Schritt d) zweimal durchgeführt, es werden also die vorstehend erwähnten Verfahrensschritte b) und c) je zweifach wiederholt, bis ein betonhaltiges Segment mit insgesamt vier Betonschichten hergestellt worden ist. Dieses vielschichtige betonhaltige Segment enthält also insgesamt vier Betonschichten (B1 , B2, B3 und B4), wobei die erste Betonschicht (B1) und die vierte Betonschicht (B4) die unterste Schicht oder Unterseite (B1) bzw. die oberste Schicht oder Oberseite (B4) des entsprechenden Betonsegmentes ausbilden. Zwischen den insgesamt vier Betonschichten (B1 bis B4) befinden sich somit drei Klebeschichten (K1 bis K3). Im vorgenannten Beispiel ist somit ein siebenschichtiges betonhaltiges Segment hergestellt worden, das vier Betonschichten (B1 bis B4) und drei Klebeschichten (K1 bis K3) in alternierender Reihenfolge umfasst.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „vielschichtiges betonhaltiges Segment“ somit immer die Summe der alternierend angeordneten Betonschichten und Klebeschichten verstanden. Vielschichtig ist in diesem Zusammenhang somit immer eine ungerade Anzahl an Schichten, weil jedes betonhaltige Segment als oberste und unterste Schicht immer eine Betonschicht aufweist. Vielschichtige betonhaltige Segmente können somit beispielsweise fünfschichtige, siebenschichtige, neunschichtige, einundfünfzigschichtige oder noch höherschichtige betonhaltige Segmente sein.

Eine alternative Zählweise kann erfindungsgemäß so durchgeführt werden, dass nur die Anzahl der Betonschichten im jeweiligen mehrschichtigen betonhaltigen Segment gezählt werden. Für einen Fachmann ist es klar, dass unabhängig von der Zählweise erfindungsgemäß somit vielschichtige betonhaltige Segmente mit einer beliebigen Anzahl an Betonschichten hergestellt werden können. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise auch betonhaltige Segmente mit 5, 10, 100 oder noch mehr Betonschichten hersteilen. Ein betonhaltiges Segment mit 100 Betonschichten enthält somit hundert Betonschichten (B1 bis B100) mit 99 dazwischen befindlichen Klebeschichten (K1 bis K99). Ein betonhaltiges Segment mit 100 Betonschichten ist erfindungsgemäß nach der vorstehend beschriebenen ersten Zählweise somit ein 199- schichtiges betonhaltiges Segment.

Die jeweiligen Dicken (Z-Richtung) der einzelnen Schichten eines betonhaltigen Segmentes können beliebige Dimensionen annehmen. Vorzugsweise weisen die jeweiligen Betonschichten innerhalb eines drei- oder vielschichtigen betonhaltigen Segmentes (weitgehend) die gleiche Schichtdicke auf. Sinngemäßes gilt auch für die jeweils vorhandenen Klebeschichten. Weiterhin ist es bevorzugt, dass mindestens eine Betonschicht, vorzugsweise alle Betonschichten, eine größere Dicke aufweisen als mindestens eine Klebeschicht, vorzugsweise alle Klebeschichten. Noch mehr bevorzugt ist es, dass das Verhältnis der durchschnittlichen Dicke einer Betonschicht zu der durchschnittlichen Dicke einer darauf aufgebrachten Klebeschicht > 1 : 1 , vorzugsweise > 3 : 1 , insbesondere 6 : 1 bis 50 : 1 beträgt. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass eine Klebeschicht eine Dicke von 0,2 bis 10 mm aufweist und/oder eine Betonschicht eine Dicke von 10 bis 300 mm. Noch mehr bevorzugt weist eine Haftschicht eine Dicke von 1 bis 5 mm und eine Betonschicht eine Dicke von 10 bis 100 mm auf.

In den erfindungsgemäßen Schritten b), c) und/oder gegebenenfalls d) wird die jeweils nachfolgende Schicht (sowohl eine Klebeschicht als auch eine Betonschicht) jeweils so aufgetragen, dass sie die nach oben gerichtete Seite der darunter liegenden Schicht vollständig oder zumindest teilweise bedeckt (in X- und/oder Y-Richtung). Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die jeweils aufzutragende Schicht vollständig oder nahezu vollständig auf die darunter liegende Schicht aufgetragen wird. Sofern eine entsprechende nachfolgende Schicht nur teilweise auf die darunter liegende Schicht aufgebracht wird, werden erfindungsgemäß vorzugsweise mindestens 50 %, noch mehr bevorzugt mindestens 75 %, insbesondere mindestens 90 % der Gesamtfläche der nach oben gerichteten Seite der darunter liegenden Schicht mit der entsprechenden nachfolgenden Schicht bedeckt. Die nicht vollständige Bedeckung einer unten liegenden Schicht mit einer darauf aufzubringenden nachfolgenden Schicht kann unter anderem dann durchgeführt werden, wenn beispielsweise Aussparungen wie Fenster oder Türen in das entsprechende zumindest dreischichtige betonhaltige Segment eingearbeitet bzw. berücksichtigt werden sollen. Sinngemäßes kann auch gelten, sofern in der nachfolgenden Betonschicht eine andere Geometrie, Form, Länge (X-Richtung) und/oder Breite (Y-Richtung) gegenüber der darunter liegenden Betonschicht bzw. Klebeschicht verwirklicht werden soll.

Die Extrusion von Frischbeton als solchem, wie sie in den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten a), c) und gegebenenfalls d) durchgeführt wird, ist dem Fachmann bekannt. Erfindungsgemäß erfolgt dies im Rahmen eines 3D-Druckverfahrens unter Verwendung eines entsprechend geeigneten 3D-Druckers. 3D-Druckverfahren als solche und/oder 3D-Drucker als solche unter Verwendung von betonhaltigen Substanzen sind dem Fachmann bekannt und werden beispielsweise in dem eingangs beschriebenen Stand der Technik US-B 7,814,937, US-A 2010/0025349 oder US-A 2010/0257792 offenbart.

Das Aufbringen der ersten Klebeschicht (K1) im erfindungsgemäßen Schritt b) sowie gegebenenfalls dessen Wiederholung im optionalen Schritt d) muss nicht zwingend durch Extrusion des entsprechenden Klebemittels erfolgen. Erfindungsgemäß ist es jedoch bevorzugt, dass auch der Verfahrensschritt b) im Rahmen einer Extrusion des eingesetzten mindestens einen Klebemittels durchgeführt wird. Sinngemäßes gilt auch für die etwaige Wiederholung des Schrittes b) im Rahmen des optionalen Verfahrensschrittes d). Sofern die jeweiligen Klebeschichten nicht durch Extrusion auf die jeweils darunter liegende Betonschicht aufgebracht werden, kann dies erfindungsgemäß nach allen dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise auch durch Aufpinseln, Aufsprühen oder sonstige Arten des Auftragens. Das Aufbringen der Klebeschicht kann erfindungsgemäß generell manuell oder automatisch erfolgen, vorzugsweise erfolgt dies automatisch.

Als Klebemittel kann erfindungsgemäß jede dem Fachmann bekannte Verbindung eingesetzt werden, insbesondere solche, die eine stabile Bindung zwischen ausgehärtetem Beton und Frischbeton ermöglichen und/oder die in zumindest teilflüssigem Zustand extrudiert werden können. Vorzugsweise wird als Klebemittel Betonschlämme eingesetzt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff„Betonschlämme“ eine Betonart verstanden, die flüssiger ist im Vergleich zu herkömmlichem (schnell härtendem) Beton bzw. Frischbeton. Vorzugsweise enthält Betonschlämme zwei Drittel Zement und ein Drittel Sand, dem wiederum 15 bis 40 Gew.-% Wasser beigemischt werden.

Betonschlämme können auch als Haftschlämme bezeichnet werden. Betonschlämme können neben einem gegenüber herkömmlichem Beton höheren Bindemittelanteil, insbesondere höheren Zementanteil, weitere Komponenten enthalten, wie Gesteinskörnungen, insbesondere Split, Kies oder Sand. Ebenfalls kann in Betonschlämme Wasser enthalten sein und/oder sonstige Zusatzstoffe. Als sonstige Zusatzstoffe enthalten Betonschlämme erfindungsgemäß vorzugsweise Plastifizierer (z.B. Polycarboxylatether) , Cellulosen, insbesondere Methylcellulosen, Latexdispersionen oder Dispersionspulver. Latexdispersionen oder Dispersionspulver sind vorzugsweise auf Basis von Styrolacrylat, Vinylacetatethylen, Vinylacetat oder Styrolbutadien. Zudem können noch weitere Additive, wie zum Beispiel Netzmittel oder Verdickungsadditive, zur Verbesserung der Verarbeitung in die erfindungsgemäßen Betonschlämme zugegeben werden. Cellulosen werden auch als Wasserrückhaltemittel eingesetzt.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass Betonschlämme mindestens 30 Gew.-% Bindemittel, vorzugsweise Zement, enthalten, noch mehr bevorzugt enthalten sie 50 bis 70 Gew.-% Bindemittel, insbesondere Zement. Der Gehalt an Wasser beträgt in den Betonschlämmen vorzugsweise 15 bis 40 Gew.-%, wobei gegebenenfalls das Wasser ganz oder zumindest teilweise durch Verflüssiger oder Plastifizierer ersetzt werden kann. Erfindungsgemäß ist es somit bevorzugt, dass in den Schritten b) und/oder gegebenenfalls d) das mindestens eine Klebemittel durch Extrusion auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht wird.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass das 3D-Druckverfahren als 3D- Extrusionsdruckverfahren durchgeführt wird, insbesondere, dass alle Verfahrensschritte a) bis d) als 3D-Extrusionsdruckverfahren durchgeführt werden.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das 3D-Druckverfahren computergestützt durchgeführt wird, insbesondere unter Verwendung von mindestens einer Slicersoftware. Die computergestützte Durchführung eines 3D-Druckverfahrens und/oder geeignete Slicersoftware als solche sind dem Fachmann bekannt.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Extrusion von Frischbeton in den Schritten a), c) und/oder gegebenenfalls d) unter Verwendung einer ersten Düse (D1) durchgeführt wird, vorzugsweise ist die Düse (D1) Bestandteil eines 3D-Druckers, insbesondere ist die Düse (D1) in einem Druckkopf eines 3D-Druckers enthalten.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Extrusion des Klebemittels unter Verwendung einer zweiten Düse (D2) durchgeführt wird, vorzugsweise ist die Düse (D2) Bestandteil eines 3D-Druckers, insbesondere ist die Düse (D2) in einem Druckkopf eines 3D-Druckers enthalten.

Ebenso ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Düsen (D1) und (D2) Bestandteil desselben 3D-Druckers sind, wobei vorzugsweise i) die beiden Düsen (D1) und (D2) im selben Druckkopf des 3D-Druckers angeordnet sind und miteinander gekoppelt betrieben werden, oder ii) die beiden Düsen (D1) und (D2) jeweils in separaten Druckköpfen des 3D-Druckers angeordnet sind und getrennt voneinander betrieben werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Klebemittel in den Schritten b) und/oder gegebenenfalls d) auf die darunter liegende Betonschicht erst dann aufgebracht, wenn die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Betonschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als Festbeton ausgehärtet ist.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Aufbringen der nächsten Betonschicht auf die nach oben gerichtete Seite der jeweiligen Klebeschicht in den Schritten c) und/oder gegebenenfalls d) so erfolgt, dass i) die nächste Betonschicht direkt im Anschluss an das vollständige Ausbilden der Klebeschicht auf der darunter liegenden Betonschicht erfolgt, oder ii) die nächste Betonschicht zeitgleich mit dem Klebemittel auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht wird, wobei der Frischbeton zur Ausbildung der nächsten Betonschicht nur auf diejenigen Stellen extrudiert wird, auf denen bereits Klebemittel unter Ausbildung eines entsprechenden Teilbereichs der Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht worden ist.

Besonders bevorzugt wird die nächste Betonschicht zeitgleich mit dem Klebemittel auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht, wobei der Frischbeton zur Ausbildung der nächsten Betonschicht nur auf diejenigen Stellen extrudiert wird, auf denen bereits Klebemittel unter Ausbildung eines entsprechenden Teilbereichs der Klebeschicht auf die darunter liegende Betonschicht aufgebracht worden ist.

Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes ist, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager. Unter Teil eines Gebäudes wird vorzugsweise eine Mauer, eine Wand, ein Balkon, ein Dach, ein Boden und/oder ein Rohbau verstanden. Ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes kann auch mit anderen Gegenständen versehen oder verbunden werden, die nicht mit einem 3D- Druckverfahren hergestellt worden sind, beispielsweise mit Türen, Fenstern, Dachrinnen und sonstigen vergleichbaren Vorrichtungsgegenständen.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass im jeweiligen 3D-Gegenstand alle zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente oder zumindest ein Großteil der zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente, vorzugsweise alle zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segmente, nach einem Verfahren gemäß den Schritten a) bis c) und gegebenenfalls d) hergestellt worden sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment eines 3D-Gegenstandes, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren herstellbar ist.

Vorzugsweise ist der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch die Verwendung von mindestens einem zumindest dreischichtigen betonhaltigen Segment gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von einem oder zur Einarbeitung in einen 3D- Gegenstand, vorzugsweise ist der 3D-Gegenstand ein Gebäude oder Teil eines Gebäudes, vorzugsweise ist das Gebäude ein Haus, ein Wohnhaus, eine Halle, eine Garage und/oder ein Lager.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein dreidimensionaler (3D) Gegenstand enthaltend mindestens ein zumindest dreischichtiges betonhaltiges Segment gemäß der vorliegenden Erfindung.