Flotte von fliegenden 3D-Druckern: Drohnenschwarm kann im Flug bauen

Der 3D-Druck gewinnt in der Bauindustrie zunehmend an Bedeutung. Sowohl auf der Baustelle als auch in Fabriken drucken stationäre und mobile Roboter Materialien für den Einsatz in Bauprojekten. Ein Forschungsteam des Imperial College in London und dem Forschungszentrum Empa hat einen neuen Ansatz des dreidimensionalen Druckens entwickelt, der noch flexiblere Einsätze möglich machen könnte.

Schwarmdynamik inspiriert von Bienen

Bei dem Projekt der Forschenden kommen Flugroboter zum Einsatz, die kollektive Baumethoden anwenden – inspiriert von natürlichen Baumeistern wie Bienen und Wespen, die zusammenarbeiten, um große, komplizierte Strukturen zu schaffen. Die im Labor getestete Technologie könne für die Herstellung und den Bau an schwer zugänglichen oder gefährlichen Orten – wie beispielsweise hohen Gebäuden – eingesetzt werden oder bei der Katastrophenhilfe unterstützen.

Völlig autonome Drohnen

Die Drohnen der Flotte, die unter dem Namen Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM) bekannt sind, arbeiten kooperativ anhand eines einzigen Bauplans und passen ihre Techniken laufend an. Während des Fluges sind sie völlig autonom, werden aber von einem menschlichen Kontrolleur überwacht, der den Fortschritt kontrolliert und bei Bedarf eingreift.

„Arbeiterdrohnen“ und „Überwachungsdrohnen“ als Tandem

Aerial-AM nutzt sowohl ein 3D-Druck- als auch ein Bahnplanungssystem, damit sich die Drohnen im Laufe des Bauprozesses an unterschiedlichste Strukturen anpassen können. Die Flotte besteht aus „BuilDrones“, die während des Fluges Materialien auftragen, und „ScanDrones“ zur Qualitätskontrolle. Die „ScanDrones“ messen die Leistung der „BuilDrones“ und informieren sie über die nächsten Fertigungsschritte.

Erste Forschungsergebnisse positiv

Um das Konzept zu testen, entwickelten die Forscher:innen vier maßgeschneiderte Zementmischungen. Während des gesamten Bauprozesses bewerteten die Drohnen die gedruckten Strukturen in Echtzeit und passten ihr Verhalten an, um sicherzustellen, dass sie die Bauvorgaben mit einer Fertigungsgenauigkeit von fünf Millimetern erfüllten. Zu den Proof-of-Concept-Drucken gehörten ein 2,05 Meter hoher Zylinder aus einer Art Schaumstoff und ein 18 Zentimeter hoher Zylinder aus einem speziell entwickelten zementartigen Material.

„Wir haben bewiesen, dass Drohnen autonom und im Tandem arbeiten können, um Gebäude zu bauen und zu reparieren, zumindest im Labor.“ So Hauptautor Professor Kovac vom Imperial Department of Aeronautics und dem Materials and Technology Center of Robotics der Empa. „Unsere Lösung ist skalierbar und könnte uns in Zukunft helfen, Gebäude in schwer zugänglichen Gebieten zu errichten und zu reparieren.“

Zusammenarbeit mit Bauunternehmen wird Praxistest

Als Nächstes werden die Forschenden mit Bauunternehmen zusammenarbeiten, um die Lösungen zu validieren und Reparatur- und Fertigungsmöglichkeiten zu schaffen. „Wir glauben, dass unsere Drohnenflotte dazu beitragen kann, die Kosten und Risiken des Bauwesens im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Methoden zu senken.“ So Kovac.