Kalibrierverfahren für konstante Materialstränge bei robotergestützer Betonextrusion. (6th September 2021)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Lindner, Marco; Scharf‐Wildenhain, Ronny; Gliniorz, Ralf; Vanselow, Konrad; Funke, Henrik; Gelbrich, Sandra; Kroll, Lothar
• Is Part Of: Beton- und Stahlbetonbau. Volume 116(2021)Supplement 2
• Page Start: 42
• Page End: 47
• Publication Date: 2021-09-06
• Subjects: Extrusion -- Additive Fertigung -- Kalibrierung -- Extrudate; extrusion -- additive manufacturing -- calibration of the extrudate; Digitalisierung -- Allgemeines -- Baustoffe -- Bauausführung -- Versuche; Reinforced concrete construction -- Periodicals; 624.18341
• DOI: 10.1002/best.202100051
• Languages: English
• ISSNs: 0005-9900

Abstract

Abstract: Die robotergestützte Betonextrusion ist ein neuartiges additives Fertigungsverfahren, bei dem Strategie, Werkstoff und Förderanlage gezielt aufeinander abgestimmt sein müssen. Insbesondere die reale Form des extrudierten Materialstrangs unterliegt entlang des Startpunkts über Hauptextrusionsphase bis zum Ausschaltvorgang durch lokale Über‐ und Unterextrusionen signifikanten Schwankungen, die den Qualitätsvorgaben meist nicht genügen. In dieser Arbeit wird ein Kalibrierverfahren für Extrusionsprozesse entwickelt, softwareseitig angepasst und erprobt sowie Auswirkungen der Vorschubgeschwindigkeit auf die Bauteilqualität untersucht. Hierzu wurden unterschiedliche Kalibrierverfahren aktueller additiver Fertigungsprozesse betrachtet und hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit für die Extrusion von mineralischen Suspensionen ausgewertet. Darauf aufbauend erfolgte die theoretische Erarbeitung einer allgemeingültigen Vorgehensweise zur Kalibrierung und deren praktische Umsetzung. In den durchgeführten Funktionstests verringerte das Kalibrierverfahren die Prozessvorbereitung, erhöhte die Prozesssicherheit durch die stabilisierte Extrusion und verkürzte die Taktzeit. Diese Steigerung der Produktivität in der additiven Fertigung führt einmal zu positiven wirtschaftlichen Effekten und des Weiteren werden Anwendungen von hochfesten Leichtbaustrukturen im Bauwesen attraktiver. Zudem ermöglicht es die serienmäßige Umsetzung von freigeformten Modulbauweisen. Abstract: Calibration method for constant strands of material with robot‐assisted concrete extrusion Robot‐assisted concrete extrusion is a complex, new type of additive manufacturing process in which strategy, material and conveyor system must be specifically coordinated with one another. In particular, the real shape of the extruded material strand is subject to significant fluctuations along the starting point, via the main extrusion phase, until the switch‐off process due to local over‐ and under‐extrusions, which usually do not meet the quality requirements. In this work, an efficient calibration process is used to develop the calibration method for the extrusion process according to the algorithm developed, to adjust and test it on the software side, and to examine the effects of the feed rate on the component quality. In this article, the efficient calibration of the extrusion process according to the developed method is compensated on the software side and the effects of the feed rate on the component quality are investigated. For this purpose, different calibration methods of current additive manufacturing processes were considered and evaluated with regard to their usability for the extrusion of mineral suspensions. Building on this, a general procedure for calibration and its practical implementation was theoretically developed. In the function tests carried out the method reduced the process preparation, increased process reliability through the stabilized extrusion and shortened the cycle time. This increase in productivity in additive manufacturing allows the use of high‐strength lightweight structures in construction and enables the serial implementation of free‐form modular designs.