Wie funktioniert der 3D-Druck im Bauwesen?
Die Stereolithografie – also das additive, schichtenweise Fertigen von Werkstücken, kurz „3D-Druck“ – wurde bereits 1981 erfunden und 1983 erstmals praktisch angewandt. Zunächst diente es lediglich der Serienfertigung von kleinen, technischen Bauteilen, weitete sich jedoch schnell auf die Herstellung von Modellen, Werkzeugen und Fertigteilen aus. Im Jahr 2004 wurde erstmals eine Wand für ein Gebäude per 3D-Druck erstellt – und ab dann vollzogen sich die Entwicklungen des 3D-Drucks auch im Bauwesen rapide. Mittlerweile drucken verschiedene Unternehmen in den USA, Europa und Asien diverse Bauelemente, kleinere Gebäude wie Wartestellenhäuschen und sogar ganze Einfamilienhäuser. Mitte 2021 wurde im nordrhein-westfälischen Beckum das erste Wohnhaus aus dem 3D-Drucker für bezugsfertig erklärt und eröffnet.
Der 3D-Druck im Bauwesen funktioniert im Prinzip wie jeder andere 3D-Druck auch: Pläne für ein Fertigbauteil oder aber ein ganzes Gebäude werden am Computer über ein spezielles CAD- oder BIM-Programm entworfen und schließlich an einen Portalroboter oder einen umfunktionierten Industrieroboter mit Druckdüse und Linearfahrwerk weitergeleitet. Je nachdem, welche Art Struktur gefertigt werden muss, kann die Maschine dabei unterschiedlich groß ausfallen. Soll ein ganzes Haus errichtet werden, muss der Roboter selbstverständlich größer sein als dieses. Zudem ist er mit verschiedenen Betonbehältern ausgestattet – mindestens einer von diesen enthält dabei einen schnell härtenden Spezialbeton. Aus diesem gießt der Portalroboter zunächst schichtweise einen Rahmen, der mithilfe zusätzlicher seitlicher Kellen in Form gebracht wird. Ist der Rahmen erstellt und erhärtet, wird er im Anschluss mit normalem Beton gefüllt und die in der Software vorab konstruierte Struktur entsteht.
Welche Vor- und Nachteile bietet der 3D-Druck im Bauwesen?
Schon in der Industrie erweist sich der 3D-Druck seit seiner Implementierung in vielen Fällen als besonders praktisch und wirtschaftlich. Zuerst sind dabei die Zeitersparnis bei der Herstellung von Bauteilen zu nennen sowie die Reduzierung des Materialverbrauchs, da Werkstücke aus einem Guss entstehen und keine Urform bearbeitet werden muss. Im Bauwesen ist der 3D-Druck noch relativ neu, weist aber ähnliche Vorteile auf. Zwar entsteht der Großteil des Abfalls in der Bauindustrie aus dem Abriss von Strukturen, doch auch auf Baustellen ist es nicht unüblich, mehr Material als für den Bau erforderlich zu bestellen, meist als Sicherheit. Dies bedingt natürlich höhere Kosten und ist ineffizient. Ein 3D-Drucker verbraucht hingegen nahezu exakt nur die Menge an Baustoff, die zur Errichtung der Strukturen notwendig ist.
Ebenso arbeiten 3D-Drucker auch im Bauwesen automatisch, schnell und bei Bedarf rund um die Uhr. Auf diese Weise lassen sich Bauprojekte schneller abschließen, was ebenfalls hilft, Zeit und damit Kosten zu sparen. Ebenso sind über den 3D-Druck komplexere Formen und Designs gerade bei der Architektur von Häusern realisierbar, die sich mit konventionellen Bauverfahren nur sehr aufwendig oder aber überhaupt nicht erstellen lassen. So ist es möglich ungewöhnliche Designelemente beim Hausbau deutlich leichter und günstiger umzusetzen.
Allerdings befindet sich der 3D-Druck im Bauwesen noch in seinen Anfängen und die Technologie ist vergleichsweise teuer. Viele Bauunternehmen verfügen also (bislang) noch nicht über das ausreichende Kapital, um in Portalroboter und sonstige benötigte Maschinerie zu investieren. Zudem lässt sich mit einem 3D-Drucker keine Materialvielfalt realisieren. So müssen Bauelemente aus Holz, Metall oder anderen Baustoffen noch manuell in die Struktur integriert werden. Ein Verbundbau per Druckverfahren ist nicht möglich.
Bei Häusern stellt sich ebenfalls die Frage, ob die Menschen diese akzeptieren – also in ihnen leben und arbeiten wollen. Zwar lassen sich per 3D-Druck viele interessante Designs realisieren, dennoch weist das Bauverfahren seine Eigenheiten auf. Auch Fertighäuser und Modularbauten wurden nicht von Anfang an von der breiten Bevölkerung akzeptiert. Beim Drucken von Fertigbauteilen, bei denen die Optik weniger im Vordergrund steht – zum Beispiel bei Fertigkellern, Mauerelementen, Masten oder Betonrohren im Leitungsbau – besteht dieses Problem natürlich nicht.
Der 3D-Druck im Bauwesen ist definitiv eine interessante Entwicklung und könnte in Zukunft herkömmliche Bauverfahren unter den passenden Voraussetzungen wirtschaftlich ersetzen. Noch bleibt jedoch abzuwarten, wie weit die Technologie in den nächsten Jahren zum Einsatz kommt und welche Weiterentwicklungen die Nutzung noch praktischer und rentabler machen. Für die Vorfertigung von Bauelementen bietet sich der 3D-Druck hingegen jetzt schon oftmals an und erleichtert der Baubranche die Arbeit.
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