Häuser werden in Zukunft 3D-gedruckt

3D-Druck mit Beton

Den bauma Innovationspreis in der Kategorie Forschung gewannen die Forscher der Fakultäten Maschinenwesen (Professur für Baumaschinen) und Bauingenieurwesen (Institut für Baustoffe, Institut für Baubetriebswesen) der TU Dresden. Sie haben die Technologie „CONPrint3D“ entwickelt, die den 3D-Druck direkt auf die Baustelle bringen soll. Den Preis hat am 10. April der wissenschaftliche Projektkoordinator Dipl.-Ing. Mathias Näther von der Professur für Baumaschinen in München entgegen genommen.

Kern des additiven Fertigungsverfahrens ist der schichtenweise Austrag eines schnell erhärtenden Spezialbetons aus einem Druckkopf. Der Druckkopf wird geometrisch präzise mit Hilfe eines Großraumroboters – zum Beispiel einer Autobetonpumpe – geführt. Die Steuerung des gesamten Prozesses erfolgt über Datentypen, die vor allem Geometrie- und Stoffdaten enthalten und aus speziell aufbereiteten Bauwerksmodellen generiert werden.

Wenn in Zukunft ganze Bauwerke durch Beton-3D-Druck errichtet werden, können mit dieser Technologie durch Materialeinsparungen und Produktivitätssteigerungen die Baukosten signifikant gesenkt werden. Außerdem eröffnen sich den Architekten durch das additive Fertigungsverfahren völlig neue Möglichkeiten der Gebäudegestaltung, sodass mit Hilfe dieser Technologie nicht nur die Bauprozesse, sondern auch die Bauformen revolutioniert werden könnten.

Prof. Günter Kunze, emeritierter Inhaber der Professur für Baumaschinen und Projektleiter: „Beton ist der wichtigste Baustoff unserer Zeit. Die architektonische Vielfalt von Betonbauwerken zwingt auch heute noch zu handwerklich aufwendigen Produktionsverfahren. Mit dem Forschungsvorhaben ‚Beton-3D-Druck‘ haben wir die Grundlage für eine industrielle Revolution auf der Baustelle geschaffen.“

Seit Ende letzten Jahres testen die Ingenieure der TU Dresden die geeignete Betonrezeptur und die Fertigungstechnik für den Beton-3D-Druck am eigenen Versuchsstand. Das Ziel für das Folgeprojekt ist es, Versuche im Maßstab 1:1 durchzuführen. Das laufende Projekt wird seit 2014 von der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau- Stadt- und Raumforschung (BBSR) gefördert, mit einem Gesamtbudget von mehr als 600.000 Euro.

Hintergrund:
Weltweit wird mehr als die Hälfte des Betonvolumens als Ortbeton direkt auf der Baustelle verarbeitet. Doch die übliche Ortbetonbauweise ist gekennzeichnet durch hohen Personaleinsatz und erfordert einen immensen Aufwand an Gerüst- und Schalungsarbeiten. Das kostet wertvolle Rohstoffe und führt zu erheblichen Lohnkosten. Diese Nachteile haben die Ingenieure der TU Dresden zur Entwicklung eines neuen Bauverfahrens angeregt: Beton-3D-Druck. Additive Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck haben in den letzten Jahren in nahezu allen Bereichen der Industrie Einzug gehalten und begeistern mit beinahe unbegrenzten Anwendungsmöglichkeiten und einer beeindruckenden Materialvielfalt.

Aktuell sind weltweit Bestrebungen zu beobachten, dieses moderne Produktionsverfahren in die Baubranche zu übertragen. Bisher werden 3D-gedruckte Bauteile in Hallen vorgefertigt um sie später auf der Baustelle zu Bauwerken zusammenzusetzen. Die gedruckten Fertigteile bestehen zumeist aus feinkörnigem Mörtel. Demgegenüber ist die TU Dresden die einzige Einrichtung, die ein 3D-Druckverfahren direkt für den mobilen Baustelleneinsatz auf wissenschaftlicher Basis entwickelt. Als Baustoff soll ein Beton zum Einsatz kommen, der die betontechnologischen Anforderungen der geltenden Normen erfüllt.