Additive Fertigung auf Glas eröffnet das Potenzial, Verstärkungs- und Halterungsstrukturen stoffschlüssig und ohne Bohrungen direkt auf Flachglas aufzubringen. Dadurch entfällt das Problem unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten, während zugleich optisch reduzierte Lagerungen und größere Scheibenformate möglich werden. Für die Realisierung ist ein kontrolliertes thermisches Prozessverhalten entscheidend: Druckpfad, Temperaturfelder und Abkühlvorgänge bestimmen maßgeblich die Entstehung lokaler Spannungen. Insbesondere großformatige Druckstrukturen erfordern realitätsnahe thermische Simulationen und eine präzise Steuerung der Prozessparameter.

Ziel der Arbeit ist die systematische Analyse thermischer Einflussgrößen des Druckpfads sowie die Entwicklung von Strategien zur Spannungsminimierung. Damit soll die Grundlage für eine sichere und reproduzierbare Herstellung 3D-gedruckter Glasstrukturen im konstruktiven Glasbau geschaffen werden.

Die Versteifung von Flachglas mittels additiver Fertigung stellt ein innovatives und zunehmend relevantes Forschungsfeld im konstruktiven Glasbau dar. Erste Projekte zeigten, dass durch Glas-3D-Druck tragfähige und stoffschlüssige Glas-Glas-Verbindungen realisiert werden können. Besonders kritisch ist jedoch der Kontaktbereich zwischen Glasgrundplatte und additiv aufgebrachter Geometrie, da hier lokale Spannungsspitzen maßgeblich das Versagensverhalten bestimmen.

Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, die zugrunde liegenden spannungstechnischen Mechanismen solcher Verbindungen zu untersuchen und die geometrischen Einflussgrößen systematisch zu analysieren. Auf dieser Basis sollen Strategien zur Reduktion lokaler Spannungsspitzen entwickelt und spätere Gestaltungsrichtlinien für 3D-gedruckte Glas-Glas-Verbindungen abgeleitet werden. Die Ergebnisse sollen einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung additiv gefertigter Glasbauteile für den konstruktiven Einsatz im Bauwesen leisten.

Insbesondere die Versteifung von Flachglasscheiben mittels additiver Fertigung stellt ein junges, aber zunehmend interessantes Thema für den konstruktiven Glasbau dar. Eine zukünftige baupraktische Anwendung setzt eine bestimmte Resttragfähigkeit bedruckter Glasscheiben nach Teilversagen (z. B. Glasbruch oder Strukturablösung) voraus. Diese Arbeit umfasst daher die Untersuchung und Bewertung verschiedener Redundanzmechanismen (z.B. Lamination oder lackbasierte Verfahren), die nach dem Bruch eine ausreichende strukturelle Integrität gewährleisten. Dadurch soll ein Beitrag zur Entwicklung sicherer, additiv gefertigter Glasbauteile für den konstruktiven Einsatz im Bauwesen geleistet werden.

Der Hessenpark ist ein dem historischen, dörflichen Leben in unserem Bundesland gewidmetes Freilichtmuseum. Neben der Bewahrung historischer Gebrauchsgegenstände und der Pflege traditioneller Handwerkskunst, spielen auch denkmalpflegerische Aspekte eine große Rolle in seinem Museumskonzept. So wurden bislang über 100 schützenswerte, historische Gebäude vor dem Abriss bewahrt indem man sie auf das Museumsgelände translozierte. Doch auch die Bewahrung dieser Gebäude steht vor immer neuen Herausforderungen, deren Lösung durch AM untersucht werden sollen.

Ziel der Thesis ist es zu untersuchen, in wie weit 3D-gedruckte Ziegel zur Restaurierung beschädigter Dacheindeckungen genutzt werden könnten. In der Regel sind historische Bauelemente nicht mehr marktverfügbar. Das 3D-Scannen und Modellieren nach bestehenden Vorbildern bietet das Potenzial solche „nachzudrucken“. Neben dem theoretischem Teil, welcher Grundlagen und Arbeitsweisen der Denkmalpflege und der additiven Herstellung beschreibt, soll im Rahmen dieser Arbeit auch eine praktische Untersuchung am Beispiel historischer Dachziegel durchgeführt und evaluiert werden.

Die 3D-Drucktechnologie hält Einzug in die Bauindustrie. Während andere Branchen bereits eine breite Markteinführung erfahren haben, stellt der Bedarf unserer Branche an großformatigen Bauteilen die additive Fertigung vor ganz eigene Herausforderungen. Die Erforschung und Entwicklung solcher Bauteile erfolgt oft noch auf der Basis von Versuch und Irrtum und erfordert daher einen enormen Aufwand, da 3D-Druckverfahren oft Stunden oder sogar Tage dauern. Ein neuartiger Ansatz(1) verknüpft die zu druckende Geometrie mit den rheologischen Eigenschaften des Rohmaterials und versucht, deren Druckbarkeit in einem Prozess mit drei Freiheitsgraden mit Hilfe der Finite-Elemente-Methodik vorherzusagen. Dieser Ansatz wurde auch bereits auf seine Machbarkeit hin überprüft.

Ziel der Thesis ist es, zunächst die bestehende Methodik an die an der TU Darmstadt durchgeführte Forschung zur additiven Fertigung von Ton- und Keramikbauteilen anzupassen. In einem zweiten Schritt soll die Methodik weiterentwickelt werden, um die Simulation eines Druckprozesses mit sechs Freiheitsgraden zu ermöglichen. Schließlich müssen Vorhersagen darüber getroffen werden, welche Arten von Geometrien mit diesem weiterentwickelten Verfahren gedruckt werden können und welche Einschränkungen es dabei geben könnte.

Der Bausektor ist aufgrund der schieren Größe der Gebäude als Endprodukte einer der größten Abfallverursacher in der Europäischen Union. Ein großer Teil davon ist auf den Abriss von Gebäuden zurückzuführen, aber auch bei der Herstellung von Bauteilen fällt eine erhebliche Menge an Überschüssen und Abfällen an. Während neuartige Ansätze wie der „Kaltstein“ versuchen, gemahlene Keramik zu neuen Ziegeln zu recyceln, bleiben andere Reste weiterhin ungenutzt. Die Theis wird von der Hagemeister GmbH unterstützt, einem Ziegelhersteller, der ein großes Interesse daran hat, seine Prozesse und seine Produktion nachhaltiger zu gestalten.

Ziel der Thesis ist es, zunächst die verschiedenen Arten von Abfällen und Überschüssen zu untersuchen, die bei der Ziegelherstellung anfallen. Außerdem muss ihr jährliches Aufkommen quantifiziert werden. In einem zweiten Schritt sollen verschiedene Strategien zur Aufwertung, Verkleinerung oder Wiederverwertung dieser Reste formuliert werden. Abhängig von den formulierten Strategien müssen Experimente durchgeführt werden, um das Konzept für einige der Strategien zu testen. Schließlich müssen Vorhersagen darüber getroffen werden, welche wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen das Up-, Re- oder Downcycling der Produktionsreste haben könnte.