Das Vorhaben konzentriert sich auf die Herstellung der 3D-Bauteile im extrusionsbasierten 3D-Druckverfahren »Fused Deposition Modeling (FDM)« mit Kurz- und Endlosfaserfilamenten auf Naturfaserbasis. Die Anwendung dieser Technologie in der Architektur zielt auf zwei verschiedene Einsatzzwecke:
1. Vereinfachte Herstellung etablierter Bauteile
Ziel ist es, für bereits etablierte architektonische Bauteile, welche zu ihrer Herstellung bisher viele Arbeitsschritte benötigen, schnellere, einfachere und anpassungsfähigere Herstellungsverfahren zu ermöglichen. Der Fokus liegt dabei auf Bauteilen, die entwurfs- oder funktionsbedingt einen hohen Grad an Individualisierung und Komplexität aufweisen – beispielsweise Fassadenelemente, freigeformte Möbel und Trennwände sowie multifunktionale Bauteile.
2. Neuartige, hocheffiziente Bauteile
Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung völlig neuartiger architektonischer Bauteile, welche mit konventionellen Herstellungsverfahren nicht hergestellt werden können. Denkbar wäre zum Beispiel ein tragendes Deckenelement, dessen Topologie an die statische Beanspruchung angepasst ist. Dies würde schlanke Deckenaufbauten mit minimalstem Materialaufwand ermöglichen.
In beiden Fällen sollen die Bauteile weitestgehend aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen.
Die wesentliche Aufgabe des Fraunhofer WKI besteht darin, die biobasierten Filamente für die Fertigung von Bauteilen für den Innenausbau und für Fassadenelemente im FDM-Verfahren zu entwickeln. Eine besondere Herausforderung ist dabei die Herstellung von gleichmäßigen und wickelbaren Filamenten, die sich gut extrudieren lassen.
Kurzfaserfilamente
Als Matrixpolymere sollen unter anderem Polymilchsäure (PLA) und Biopolyamide zum Einsatz kommen. Mittels Compoundierung verstärken wir die Polymere mit regional verfügbaren Holz- und Cellulosefasern. Sie sollen die Wärmeformbeständigkeit von PLA verbessern und die Schwindung der Bauteile reduzieren.
Endlosfaserfilamente
Die Endlosfasern (Naturfasern) sollen es ermöglichen, strukturell stärker belastbare Bauteile herzustellen. Wir entwickeln ein Verfahren zur Ummantelung von regional verfügbaren Flachs- und Hanffasern mit thermoplastischen Biopolymeren.
Multimaterial-3D-Druck
Wir optimieren die kurzfaser- und langfaserverstärkten Filamente hinsichtlich der Verarbeitung im Multimaterial-3D-Druck. Dadurch lassen sich die spezifischen Vorteile der verschiedenen Materialien gezielt in einem Bauteil kombinieren.
Additivierung
Bauteile unterliegen hohen Anforderungen wie Dauerhaftigkeit, UV-Stabilität und Flammschutz. Um dies zu erreichen, rüsten wir die Biopolymere mit geeigneten Additiven aus.
Bewertung und Charakteristik
Die gedruckten Muster werden im Hinblick auf ihre Gleichmäßigkeit bewertet und wir ermitteln ihre Eigenschaften (Mechanik, Flammschutzwirkung etc.)
Fraunhofer-Institut für Holzforschung 
