Neue 3D-Druck-Drohnen können Bauteile im Flug bauen

3D-Druck-Verfahren sind inzwischen so weit verbreitet, dass sie auch längst im privaten Bereich angekommen sind. Es ist eine naheliegende Entwicklung, 3D-Druck-Verfahren immer weiter zu verbessern und zu innovieren. Ein Beispiel dafür ist ein neu entwickeltes System, das quasi ein fliegender 3D-Drucker ist und im Flug Strukturen errichten oder reparieren kann. Diese Drohnen sollen künftig an schwer zugänglichen oder gefährlichen Orten wie hohen Gebäuden oder Katastrophengebieten zum Einsatz kommen.

3D-Druck trifft Drohnentechnik

Der 3D-Drucker bekommt gewinnt auch in der Bauindustrie zunehmend an Bedeutung. Mit ihnen können Strukturen aus Zement Schicht für Schicht aufgetragen werden. Sie können außerdem sowohl vor Ort als auch in der Fabrik drucken und in stationäre oder mobile Robotersysteme integriert werden. Inzwischen werden sogar ganze Häuser mit 3D-Druckern gebaut. Allerdings müssen dieses Systeme größer sein als die zu errichtende Struktur, was definitiv ein limitierender Faktor ist. Eine neu entwickelte Drohne nimmt sich dagegen ein Beispiel an der Natur: Bienen, Schwalben und andere fliegende Tiere sind in der Lage zu ihren Baustellen zu fliegen und dort komplexe Strukturen zu errichten.

Diese natürlichen Vorbilder waren die Inspiration hinter der Entwicklung eines Systems namens „Aerial Additive Manufacturing“ (Aerial-AM). Dieses System wurde von einem Team rund um Ketao Zhang vom Imperial College London entwickelt und aus zwei Einheiten besteht: Den BuilDrones“, die während des Flugs Baumaterial auf Strukturen oder bestimmte Orte auftragen können sowie den „ScanDrones“, deren Aufgabe es ist, die Abläufe zu kontrollieren. Diese Scan-Drohnen erfassen kontinuierlich den Fortschritt ihrer mit dem Bau beauftragten Gegenparts und geben die weiteren Schritte zur Fertigstellung des Projekts vor. Beide Teile des Systems agieren autonom, werden aber zusätzlich auch von einem Menschen überwacht.

Präzision in der Luft

Das Vorhaben, 3D-Druck-Technik mit einem fliegenden Roboter zu verbinden stellte sich in der Praxis als nicht ganz so leicht heraus. Besonders schwierig war es, ausreichende Präzision im Schwebemodus zu gewährleisten. Die Zementlagen müssen beim Bau genau übereinander aufgebracht werden, was besonders bei Luftbewegungen im Freiland relativ schwierig ist. Hierfür haben die Forscher:innen einen speziellen Druckkopf entwickelt, der mit einer Spezialaufhängung unter der Drohne angebracht ist und leichte Störbewegungen während des Flugs ausgleichen kann, um so präzise zu drucken.

Auf diese Weise können die Forscher:innen millimetergenaues Auftragen des Druckmaterials gewährleisen. Dieses wird in Form einer Wurst aufgetragen und härtet anschließend aus. Die BuilDrones können ihren Vorrat an speziellen Baumaterial an Stationen nachfüllen – ähnlich wie eine Biene, die neues Baumaterial für den Bau von Waben besorgen. Zu Demonstrationszwecken haben die Wissenschaflter:innen mit dem System einen etwa zwei Meter hohen Zylinder aus insgesamt 72 Schichten eines Schaumstoffs sowie einen etwa 18 Zentimeter hohen Zylinder aus 28 Schichten eines eigens entwickelten Spezialzements errichtet.

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„Zumindest im Labor haben wir bereits gezeigt, dass unsere Drohnen autonom arbeiten können, um Gebäude zu errichten und zu reparieren„, so Seniorautor Mirko Kovac vom Imperial College und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa in Dübendorf. „ Diese skalierbare Lösung könnte das Bauen und Reparieren in schwer zugänglichen Bereichen erleichtern„, erklärt der Forscher weiter.

Die Drohnen könnten etwa in Katastrophengebieten oder Bergformationen eingesetzt werden. Aber auch Gebäudestrukturen könnten ohne Gerüst repariert oder gar gebaut werden. Die Technologie, so die Forscher:innen, sollte in einigen Fällen Kosteneinsparungen und geringere Risiken im Vergleich zu herkömmlichen Baumethoden ermöglichen. Die praktischen Anwendungsmöglichkeiten sollen nun gemeinsam mit Bauunternehmen ausgelotet werden.

via Imperial College London