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.