Applied Additively Manufactured Ceramics for the Built Environment

This dissertation focuses on the application of additive manufacturing technologies for ceramic materials and their use in building construction. After putting the topic of ceramics in architecture into its technical and historic context, a variety of preceding projects from this field are presented. From evaluating these preliminary findings, a research-occasion has been derived, featuring a set of hypothesises on how an industrialized production of such components may be realized. By investigating two of these hypotheses in more detail, methodologies to exceed the geometric freedom, as well as to harmonize the printed component’s appearance with commercial ceramic building products have been developed. In order to assess the usability of the developed methodologies in an industrial context, a case study was carried out. A commercially-available product, the nesting bricks, which are yet being produced in a manual process, were used as an object of study. First, their geometries were printed directly, before optimizations have been made in a second iteration. Through this, time-savings, as well as a more favourable appearance were achieved. Ultimately, conclusions drawn from the multiple stages of this research have been summarized and an outlook was presented on how a further utilization of this technology may look like.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Anwendung additiver Fertigungstechnologien für keramische Werkstoffe und deren Einsatz im Bauwesen. Nach einer Einordnung des Themas Keramik in der Architektur in den technischen und historischen Kontext werden verschiedene vorangegangene Projekte aus diesem Bereich vorgestellt. Durch Auswertung dieser wurde eine Forschungsfrage entwickelt, welche einige Hypothesen darüber beinhaltet, wie eine industrialisierte Produktion keramischer Bauteile realisiert werden kann. Durch die genauere Untersuchung von zwei dieser Hypothesen wurden Methoden entwickelt, um die geometrische Freiheit zu erweitern und das Aussehen des gedruckten Bauteils dem kommerzieller keramischer Bauprodukte anzugleichen. Um die Anwendbarkeit der entwickelten Methoden in einem industriellen Kontext zu bewerten, wurde eine Fallstudie durchgeführt. Als Untersuchungsgegenstand diente ein markterhältliches Produkt, die Nistklinker, welche derzeit noch in einem manuellen Verfahren hergestellt werden. Zunächst wurden deren Geometrien direkt gedruckt, bevor in einer zweiten Iteration Optimierungen vorgenommen wurden. Dadurch wurden sowohl Zeitersparnis als auch ein besseres Erscheinungsbild erreicht. Abschließend wurden die Schlussfolgerungen aus den verschiedenen Phasen dieser Forschung zusammengefasst und ein Ausblick darauf gegeben, wie eine weitere Nutzung dieser Technologie aussehen könnte.