Forschung : 3D-Druck von Drohnen für die Baustelle
Zukunftsvision: Drohnenschwärme könnten nicht nur auf Baustellen auf der Erde, sondern auch im Weltraum zum Einsatz kommen, etwa bei einer künftigen Mars-Mission.
- © Yusuf Furkan KAYA, Aerial Robotics Laboratory, Imperial College London / EmpaWie das Forschungsteam unter der Leitung von Mirko Kovac, der an der Empa das «Materials and Technology Center of Robotics» leitet und zugleich als Professor am «Imperial College London» forscht, mit einer Cover-Story im Wissenschaftsmagazin «Nature» berichtet, besteht das System mit dem Namen «Aerial Additive Manufacturing» (Aerial-AM) aus einer Flotte von Drohnen, die für einen einzigen Bauplan zusammenarbeiten.
Dazu gehören sogenannte «BuilDrones», die während des Fluges Materialien drucken und an den vorgesehenen Stellen platzieren, und «ScanDrones». Diese dienen der Qualitätskontrolle, erfassen kontinuierlich die Leistungen der «BuilDrones» und geben die kommenden Fertigungsschritte vor.
Das Aerial-AM-System ist so konzipiert, dass die Drohnen ihre Tätigkeit im Lauf des Bauprozesses an die unterschiedlichen Geometrien der Struktur anpassen können. Sie agieren während ihres Flugeinsatz autonom, doch es gibt einen menschlichen «Controller», der den Prozess beobachtet und bei Bedarf Anpassungen vornimmt – auf der Grundlage der von den Drohnen gelieferten Informationen.
Diese skalierbare Lösung könnte das Bauen und Reparieren in schwer zugänglichen Bereichen wie Hochhäusern erleichtern.Mirko Kovac
Um das Konzept zu testen, entwickelten die Forscher vier zementähnliche Mischungen, mit denen die Drohnen bauen sollten. Die Probedrucke umfassten einen rund zwei Meter hohen Zylinder aus 72 Schichten eines Schaumstoffs auf Polyurethanbasis und einen 18 Zentimeter hohen Zylinder aus 28 Schichten eines eigens entwickelten zementartigen Materials.
Während des gesamten Bauprozesses bewerten die Drohnen die gedruckte Geometrie in Echtzeit und passen ihr Verhalten an. Dadurch sollte eine Fertigungsgenauigkeit mit einer maximalen Abweichung von fünf Millimeter eingehalten werden.
Die bisherigen Versuche stimmen die Forschenden zuversichtlich – auch mit Blick auf Einsätze in der Baupraxis. "Wir haben demonstriert, dass die Drohnen autonom arbeiten können, um Gebäude zu errichten und zu reparieren, zumindest im Labor", so Mirko Kovac. Und weiter: "Diese skalierbare Lösung könnte das Bauen und Reparieren in schwer zugänglichen Bereichen wie Hochhäusern erleichtern."
Im nächsten Schritt werden die Fachleute mit Bauunternehmen zusammenarbeiten, um die entwickelten Lösungen in der Praxis zu validieren und neue Reparatur- und Fertigungsmöglichkeiten zu entwickeln. Sie gehen davon aus, dass ihre Technologie im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Methoden erhebliche Kosteneinsparungen und geringere Risiken ermöglichen wird.
