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Sonntag, 21. Januar 2018

3-D-Druck

Viel mehr als nur Wände

Von Stefan Asche | 12. Oktober 2017 | Ausgabe 41

Die Bedeutung der Technik wächst im Bauwesen kontinuierlich. Mit ihr entstehen u. a. Architekturmodelle, Fassaden und ganze Brücken.

BU Fluid Morphology
Foto: Professur für Entwerfen und Gebäudehülle/TUM

Fassade „Fluid Morphology“: Wissenschaftler der TU München arbeiten an fließenden Formen mit integrierten Klimafunktionen.

Manchmal kommt der 3-D-Druck zum Einsatz lange bevor sich Bagger und Betonpumpen in Bewegung setzen – zum Beispiel bei Architekten. „Bei größeren Bauvorhaben kämpfen stets mehrere Planungsbüros um den Auftrag“, weiß Piet Meijs von Rietveld Architects, New York. „Das Rennen macht, wer die besten Lösungen präsentieren kann.“ Dabei spiele die Art der Präsentation eine wesentliche Rolle.

„Klassische Handzeichnungen, wie sie bis in die 90er-Jahre üblich waren, akzeptiert heute keiner mehr. Fotorealistische Renderings sind heute der Mindeststandard“, so Meijs. In späteren Projektphasen käme dann meist ein von Hand gebasteltes Modell hinzu. Dessen Erstellung könne allerdings schon mal bis zu zwei Monaten dauern.

„So viel Zeit werden die Architekten künftig nicht mehr haben“, meint der New Yorker. „Die Auftraggeber wollen sich ebenso wie Investoren und Stadtverwaltungen immer schneller und umfassender ein Bild von den Entwürfen machen.“ Deshalb habe sich sein Büro für die Anschaffung des PolyJet-Druckers „Objet Eden“ von Stratasys entschieden. „Nun können wir schon in frühen Planungsphasen dreidimensionale Studien präsentieren.“ Binnen Stunden erwüchsen aus den ohnehin vorhandenen CAD-Daten greifbare Modelle.

Besonders vorteilhaft sei dabei die Skalierbarkeit. „Wir können mit drei unterschiedlich dimensionierten Ausdrucken zeigen, wie das eigentliche Gebäude aussieht, wie es sich ins aktuelle Straßenbild einfügt und wie es das Stadtbild verändert.“

Sehr großen Einfluss auf das Stadtbild könnte eine Entwicklung der TU München haben. An der Fakultät für Architektur (Professur für Entwerfen und Gebäudehülle) arbeitet ein Team an einer Fassade, die aus einem 3-D-Delta-Drucker kommt. Sie sieht mit ihren fließenden Formen nicht nur spektakulär aus, sondern erfüllt die klassischen Funktionen einer Gebäudehülle weitgehend ohne Aktorik.

„Die Temperatur im Gebäude wird geregelt durch horizontale Wellen“, erläutert Teamleiter Moritz Mungenast. „Sie wirken wie Verschattungselemente, wenn die Sonne hoch am Himmel steht – also im Sommer. Fallen die Sonnenstrahlen hingegen im flacheren Winkel ein, können sie weitgehend ungehindert passieren.“

Foto: Andreas Heddergott/TUM

Moritz Mungenast, Architekt an der TU München, hat bereits erste Testelemente der Fassade ausgedruckt. Sie werden auf dem Dach der Hochschule dem Wetter ausgesetzt.

Für eine Wärmedämmung sorgen laut Mungenast luftgefüllte Hohlräume. „Ihre Größe lässt sich den lokalen Erfordernissen anpassen.“

Die Lüftung werde über integrierte Kanäle gewährleistet. „In ihnen kann Frischluft vorgewärmt und bei Bedarf von innen abgerufen werden“, so der Ingenieur.

Zur Schalldämmung drucken die Münchner Mikrowellenmuster auf die Fassadenelemente. „Sie streuen den Schall“, erklärt Mungenast.

Der Lichteinfall lasse sich durch die Stärke der Elemente sowie innere Strukturen bestimmen. „Im Gebäude entsteht dadurch eine ganz eigene, durchaus reizvolle Atmosphäre“, so der 43-Jährige. Trotzdem sei das Konzept nicht für alle Gebäudearten geeignet. Zielobjekte seien etwa Museen, Bibliotheken, oder Einkaufszentren.

Zu den Kosten seiner sogenannten „Fluid Morphology“-Fassade kann Mungenast aktuell noch wenig Auskunft geben. „Das Material Polycarbonat, was für Bauten zugelassen ist, ist vergleichsweise günstig.“ Pro Quadratmeter fielen nur etwa 100 € an. „Außerdem können wir Sensoren, Steuerungsprogramme und Motoren, die man bisher für Fassaden benötigt, einsparen.“ Allerdings dauere es sehr lange, ein Element zu drucken. „Pro Quadratmeter ziehen rund zehn Tage ins Land.“ Verantwortlich sei die geringe Schichtdicke von 0,3 mm.

Foto: IAAC

Nahe Madrid spannt sich die angeblich erste gedruckte Betonbrücke über einen Bach. Die auffällige Konstruktion ist 12 m lang und 1,75 m breit.

Deutlich gröber zur Sache geht es beim Brückenbau. Zu sehen ist das u. a. beim angeblich weltweit ersten gedruckten Viadukt. Es steht in einem Vorort von Madrid. Realisiert wurde es vom Institute of Advances Architecture of Catalonia (IAAC). Die 12 m lange und 1,75 m breite Betonkonstruktion wirkt trotz bionischer Formensprache sehr massiv. Hergestellt wurde sie mit einem Drucker des italienischen Herstellers D-Shape.

Der Drucker basiert auf dem Pulverbettverfahren. Auf 5 mm starke Sandschichten bringen bis zu 300 Sprühdüsen ein Bindemittel dort aus, wo feste Strukturen entstehen sollen. Der Druckkopf arbeitet über einer 4 m x 4 m großen Grundfläche. Die Höhe des Bauraums wird bestimmt von den Traversen an den Eckpunkten.

Foto: Olivier de Gruijter

Für einen Kanal in Amsterdam schweißt ein Roboter weitgehend autonom eine Fußgängerbrücke aus Edelstahl.

Grenzenlos groß ist der Bauraum im Konzept des Unternehmens MX3D – jedenfalls theoretisch. Die Holländer lassen Roboter auf Strukturen fortschreiten, die diese zuvor selbst mittels Laserauftragsschweißen aufgebaut haben. Im Rahmen eines aktuellen Projekts erstellt ein Knickarmroboter von ABB eine geschwungene Brücke aus purem Edelstahl, die einen Kanal in Amsterdams Rotlichtviertel überspannen soll. Sie ist 12 m lang und an den Auflagepunkten 7,5 m breit. Eingeweiht werden soll die futuristische Konstruktion Anfang 2018. Ihre Form haben sich die Designer des mehrfach ausgezeichneten Joris Laarman Labs ausgedacht, präzisiert wurde sie von verschiedenen Softwarelösungen, beispielsweise AutoCAD von Autodesk.

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