MIT-Forscher behaupten Durchbruch beim 3D-Druck für Brückenreparaturen

Ein Team unter der Leitung der University of Massachusetts in Amherst in Zusammenarbeit mit Forschern der Fakultät für Maschinenbau (MechE) des MIT sagte, dass durch Kaltspritzen die Reparaturkosten der Infrastruktur gesenkt und Verkehrsbehinderungen verringert werden könnten.

Sie testeten die Technologie an der 1949 erbauten „Roten Brücke“ in Great Barrington, Massachusetts. Bei dieser Technik werden Abschnitte von Stahlträgern auf Brücken mit Metallpulverpartikeln mit hoher Geschwindigkeit besprüht. Wiederholtes Sprühen erzeugt mehrere Schichten, wodurch die Dicke und andere strukturelle Eigenschaften des behandelten Bereichs wiederhergestellt werden.

Das MIT erklärte, dass die Methode zwar bereits bei anderen großen Strukturen wie U-Booten und Flugzeugen angewendet wurde, dies jedoch das erste Mal sei, dass sie bei Brücken eingesetzt werde.

Brücken stellen aufgrund ihrer Größe und der Tatsache, dass der 3D-Drucker vor Ort gebracht werden muss, eine Herausforderung dar.

Simos Gerasimidis, außerordentlicher Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der University of Massachusetts Amherst, sagte: „Nachdem wir diese Machbarkeitsstudie abgeschlossen haben, sehen wir einen klaren Weg zu einer Lösung, die deutlich schneller, kostengünstiger, einfacher und weniger invasiv ist. Unseres Wissens ist das eine Premiere. Natürlich ist noch einiges an Forschungs- und Entwicklungsarbeit nötig, aber dies ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg dorthin.“

Bei diesem Verfahren wird Stahlpulver in Druckgas erhitzt und anschließend mit einem Applikator auf den Träger gesprüht. Wiederholtes Sprühen erzeugt mehrere Schichten und stellt so die Dicke und andere strukturelle Eigenschaften wieder her. (Bild: MIT)

Der Prozess umfasste 3D-LiDAR-Scanverfahren, die visuelle Beurteilungen ersetzten. Dadurch konnten die Forscher Korrosion präzise identifizieren, einen digitalen Reparaturplan entwickeln und das Material nur dort aufbringen, wo es nötig ist.

„Indem wir das Scannen mit der präzisen Materialablagerung kombinieren, können wir sehr gezielt vorgehen und sagen: ‚Wir drucken hier und hier und hier und geben dieser Brücke eine Lebensdauer von weiteren zehn Jahren‘, was enorm ist“, sagte Gerasimidis.

Er fügte hinzu, dass diese Technik es den Autos ermögliche, die Brücke weiter zu überqueren, während sie besprüht werde, wodurch Verkehrsbehinderungen reduziert würden.

Die rote Brücke soll in einigen Jahren abgerissen werden. Anschließend wird das UMass-Team die besprühten Balken in sein Labor zurückbringen und testen. Dabei wird gemessen, wie gut das aufgetragene Stahlpulver im Feld im Vergleich zu einer kontrollierten Laborumgebung an der Struktur haftet. Außerdem können sie feststellen, ob die Balken nach dem Besprühen weiter korrodieren und ihre mechanische Festigkeit bestimmen.

Laut dem Report Card for America's Infrastructure 2025 sind rund 49 % der Brücken in den USA nur in einem „mittelmäßigen“ Zustand, 6,8 % werden als „mangelhaft“ eingestuft. Die voraussichtlichen Kosten für ihre Sanierung belaufen sich laut MIT auf über 191 Milliarden US-Dollar.

John Hart, Professor im Fachbereich Maschinenbau am MIT (Jahrgang 1922), sagte: „Dies ist eine großartige Zusammenarbeit, bei der Spitzentechnologie eingesetzt wird, um einen dringenden Bedarf an Infrastruktur im Commonwealth und in den gesamten Vereinigten Staaten zu decken. Ich denke, wir stehen erst am Anfang der digitalen Transformation der Brückeninspektion, -reparatur und -wartung, neben vielen anderen wichtigen Anwendungsfällen.“