Gebäude aus dem 3D-Betondrucker – ist das die Zukunft der Baubranche?

Das computergestützte Bauverfahren zur Errichtung von Bauwerken mittels 3D-Druck-Technologie birgt extrem viele Chancen

Clara Lunow - 28.09.2021
PERI druckt erstes Wohnhaus mit 3D-Betondrucker

 

  • Das erste Wohnhaus aus dem 3D-Drucker in Deutschland
  • Function Follows Form
  • Neue ästhetische Möglichkeiten
  • Demokratisierung des Bauens
  • Nachhaltigkeit
  • Wenig Manpower, viel Technologie

Das erste Wohnhaus aus dem 3D-Drucker in Deutschland

Hohe Planungssicherheit, schnelle Fertigstellung, große Designfreiheit – das verspricht das Bauen mit dem 3D-Druck. Während bereits einige Gebäude, beispielsweise Infohäusschen für Messen, Wohnhäuser auf Long Island und in Eindhoven oder die längste 3D-Druck-Brücke in Shanghai mit dieser Technik in Benutzung sind, wurde das erste bewohnbare Mehrfamilienhaus in Deutschland diesen Sommer in Beckum, Westfalen fertiggestellt.

Der leitende Architekt Waldemar Korte berichtet begeistert, dass die Planer mit dem Betondrucker viel mehr Freiheit bekämen. Sie könnten sich nicht nur in der Form komplett austoben, sie seien auch viel schneller in der Bauweise. “Wir brauchen viel weniger Personal, und das hilft beim Fachkräftemangel auf dem Bau.”

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Function Follows Form

Wobei die Formulierung “aus dem 3D-Drucker” etwas irreführen mag: Tatsächlich wird der Drucker an einem Gerüst auf dem zu bebauenden Gelände aufgestellt, um den Beton Schicht für Schicht aufeinander zulegen bis eine Wand entstanden ist. Die Form und Masse erinnert an eine Zuckertüte, die die Hochzeitstorte dekoriert. Natürlich ist das Material ein weniger bekömmliches: Hier ist es wichtig, dass er sowohl form- und belastbar ist, also hergibt, was für die Statik wichtig ist, und gleichzeitig die nächsten Schichten Beton halten kann. 

Fabian Meyer-Brötz, Leiter 3D Construction Printing bei PERI, war maßgeblich an der Entwicklung des Materials und des Hausbaudrucks beteiligt. Er erklärt: “Der in Beckum verwendete Drucker vom Typ BOD2 ist ein Portaldrucker, d.h. der Druckkopf bewegt sich über 3 Achsen auf einem fest installierten Metallrahmen. Der Vorteil: Der Drucker kann sich in seinem Rahmen an jede Position innerhalb der Konstruktion bewegen und muss nur einmal kalibriert werden.” Der Druckbaustoff “i.tech® 3D” wurde von HeidelbergCement für den 3D-Druck entwickelt und seine Eigenschaften sind speziell auf die besonderen Anforderungen angepasst.

3D Drucker im Hausbau

3D-Betondruck Druckvorgang auf der Baustelle in Beckum, Nordrhein-Westfalen / Weiterer Text über ots und www.presseportal.de/nr/148449 / Quelle: obs/PERI GmbH

Neue ästhetische Möglichkeiten

Jede erdenkliche Form – und eine geschwungene Wand kostet hier genauso viel wie eine gerade – ist mit dem 3D-Druck möglich. “Auch die Länge des Hauses, die Anzahl der Etagen sowie die Aufteilung der Räume sind flexibel.” Ungewöhnliche Formen und viele Rundungen eröffnen ein ganz neues Feld der Architektur und des Designs. Eckige Vorgaben durch Grundformen bestimmten Materials wie bspw. Betonplatten fallen weg. Die bereits erwähnten Häuser in Eindhoven erinnern beispielsweise an Findlinge und verschmelzen somit besonders geschmackvoll mit der Natur.

Demokratisierung des Bauens – Eine Chance für den sozialen Wohnungsbau?

Nicht nur die Gestaltungsfreiheit macht den 3D-Druck im Bauen so attraktiv, auch die Kosten für ein “gedrucktes” Eigenheim überzeugen. Während ein Neubau im bundesdeutschen Durchschnitt die Kosten für ein Eigenheim von einer Grundstücksgröße von 700 bis 850 m² und einer Wohnfläche von ca. 150 m² zwischen 320.000 und 360.000 Euro liegen, kostet der Rohbau des Einfamilienhauses gerade einmal 4000 Euro, der Ausbau – Türen, Fenster, Fassade und technischer Ausstattung – weitere rund 6000 Euro (das Einfamilienhaus in Beckum kostete durch die gehobene Innenausstattung inkl. Smart-Home-System derweil 450.000 Euro) – und das in einer Bauzeit, mit der das herkömmliche Bauen nicht mithalten kann: im Schnitt ist so ein Haus in sechs bis acht Monaten bezugsbereit. 

Die Kosten für einen Neubau sind inzwischen so hoch wie noch nie. Laut des Statistischen Bundesamts wohnt mehr als die Hälfte der in Deutschland lebenden Menschen in Mietwohnungen – natürlich wollen auch nicht alle in einem Haus wohnen, doch viele können sich ein Eigenheim schlicht nicht leisten. In keinem anderen EU-Land leben so wenig Menschen in den eigenen vier Wänden wie in Deutschland. Doch nicht nur in Deutschland ist bezahlbarer Wohnraum Mangelware: Wohnungsbau ist ein globales Problem. In den Niederlanden und in Frankreich wird vor diesem Hintergrund gerade ein schneller und kostengünstiger Wohnungsbau aus dem 3D-Drucker getestet. Statt mit einer Betonmischung wird hier die Schalung mit einem aushärtendem Baumschaum gefertigt und anschließend mit Beton gefüllt. Der Schaum ist zunächst eine Verschalung des Betons, sorgt aber auch für eine angemessene Wärmeisolierung des Gebäudes. Da bei dieser Bautechnik weniger Beton verwendet werden muss, ist sie besonders interessant für den sozialen Wohnungsbau.

Darüber hinaus gibt es auch Ansätze im 3D-Druck, die gleichzeitig nachhaltige und soziale Bestrebungen anstrengen: bereits 2015 hat das italienische Unternehmen World’s Advanced Saving Project (WASP) einen 3D-Drucker Prototyp gebaut, um Häuser für Bedürftige aus Schlamm,Ton und Pflanzenfasern in aller Welt zu bauen. Während sich die ärmere Bevölkerung verschiedenster Länder solide Baustoffe nicht leisten können und ihre Behausungen aus Plastikresten und Abfallprodukte bauen, könnte die 3D-Bauweise ein starkes Zeichen setzen. Das Unternehmen setzt auf neueste Technologie und traditionelle Bautechniken – ein Ansatz, der sich zu folgen lohnt.

Nachhaltigkeit 

Im Thema Nachhaltigkeit spielt eine geminderte Verwendung von Beton eine große Rolle, denn für die Herstellung von Beton wird Sand benötigt – und dieser ist ein endlicher Rohstoff. Außerdem wird bei der Herstellung von Zement eine hohe Menge an CO2 ausgestoßen. Der 3D-Druck-Bau stellt also neben der Verwendung von Baumaterialien wie Holz und Lehm, eine vielversprechende Alternative dar, denn diese Gebäude können bei Bedarf sogar recycelt werden; der 3D-Beton kann eingesaugt und beim nächsten Druck wiederverwendet werden.

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Nicht nur im Wohnungs- und Hausbau ist der 3D-Druck interessant. In Pilotprojekten werden unter anderem recycelbare Brücken ohne Armierungsstahl und Mörtel hergestellt: ETH-Architekt:innen und -Ingenieur:innen der Block Research Group zusammen mit Zaha Hadid Architects und Partnern bauten bspw. eine Fußgängerbrücke in Venedig – 12 mal 16 Meter groß. Auch hier orientierten sich die Entwickler:innen an früheren Bauweisen: wie bei alten Steinbrücken ergänzen die additiv gefertigten Beton-Bausteine zu Bögen. “Die Kräfte wirken dadurch in reiner Kompression genau auf die im Boden miteinander verstrebten Stützen. Die Bausteine stabilisieren sich durch die Geometrie des Bauwerks selbst.” Und “weil das Bauwerk ohne Mörtel auskommt, können die Bausteine wieder voneinander getrennt und die Brücke an einem anderen Ort neu aufgebaut werden. Hat es ausgedient, können die Materialien einfach voneinander getrennt und recycelt werden.” 

Wenig Manpower, viel Technologie

Wahrscheinlich kratzt der Haus-3D-Druck bisher nur an der Oberfläche von dem was einmal möglich sein wird. Noch sind Treppen, Böden und Wände weiterhin die Aufgabenbereiche der jeweiligen Gewerke. Der 3D-Drucker kann erst einmal nur Wände bauen – die allerdings in fünf Minuten pro Quadratmeter! Durch die Kosteneinsparung, Häuser aus dem 3D-Druck sind etwa ein Drittel billiger als ein konventioneller Bau, birgt diese Bauweise enorme Chancen für mehr bezahlbaren Wohnraum. Für bisher übliche Tätigkeiten gibt es immer weniger Fachkräfte, da können Robotertechniken durchaus das fehlende Handwerk ergänzen. Gleichzeitig werden neue Arbeitsplätze geschaffen, da die Robotik auch bedient werden muss; hier gilt es dementsprechend auszubilden. 

Papier, Fax und Wandkalender, das sind noch immer feste Bestandteile der Baubranche. Die Digitalisierung geht in diesem Sektor nur langsam voran. Bisher schien der Druck einfach nicht groß genug zu sein um einen schnellen Wandel zu bewirken. Doch sowohl die Klimakrise als auch die nachrückenden Generationen bringen die Automatisierung von Prozessabläufen tatkräftig voran.

Die Baubranche zu digitalisieren ist auch das Ziel von Cosuno: Wir haben uns darauf konzentriert das Nachunternehmer-Management, insbesondere den Ausschreibungs- und Vergabeprozess, zu automatisieren.

Ausschreibungsmanagement digitalisieren