PRODUKTION 08. Jul 2019, 12:30 Uhr Hans Schürmann

3-D-Drucker verändern den Bau von Häusern

Die additive Fertigung eignet sich auch für den Hausbau. Das zeigen erste Beispiele von Gebäuden in China und den USA. Bis zum Massenphänomen ist es aber noch ein weiter Weg.

Beton wie aus einer großen Tube: Schicht für Schicht bauen die Drucker des chinesischen Unternehmens WinSun Fertigteile im Contour-Crafting-Verfahren auf. Schlüsselstellen werden abschließend mit Stahl verstärkt.
Foto: dpa/Stringer

Der chinesische Erfinder und Unternehmer Ma Yihe will die Bauindustrie weltweit revolutionieren. Sein Unternehmen WinSun fertigt Häuserteile aus Beton nach dem sogenannten Contour-Crafting-Verfahren. Portalroboter ziehen bei dieser Methode schnell härtenden Spezialbeton in einer wulstförmigen Masse Schicht für Schicht übereinander. Auf diese Weise entstehen Segmente, die senkrecht aufgerichtet und Stück für Stück zusammengefügt werden. Schlüsselstellen werden abschließend mit Stahl verstärkt.

Damit die Segmente relativ leicht bleiben, drucken die Chinesen die Wände nicht massiv. Stattdessen spuckt der Druckkopf zwei parallele Platten aus, die er mit diagonalen Verstrebungen verbindet. Der etwa 5 cm starke Materialstreifen besteht u. a. aus schnell härtendem Zement, gemahlenem Bauschutt und Glas. Pro Minute schafft die Druckdüse 80 m.

In der Stadt Suzhou will WinSun mit dieser Methode ein 1100 m2 großen Rohbau in zwei Tagen gefertigt haben. Tatsächlich waren es aber nur die vertikalen Außen- und Innenmauern. Decken wurden konventionell eingezogen.

PRO MINUTE WIRD 80 M BETONSTRANG GEDRUCKT

Bislang hat das Unternehmen die Bauteile vorgefertigt an die Baustelle geliefert. In einem neuen Projekt in Dubai sollen erstmals mobile Roboter von einem Gerüst aus die Bauteile vor Ort fertigen. In der Stadt am Persischen Golf wird WinSun ein 185 m2 großes Bürohaus mit 3-D-gedruckten Bauteilen erstellen. Bauherr sind die Vereinigten Arabischen Emirate.

Auch in den USA gibt es erste Pioniere, die sich mit dem 3-D-Druck von Häusern beschäftigen. Dazu gehört das 3M FutureLAB of Architecture. Die interdisziplinäre Forschungseinrichtung an der Universität von Kalifornien in Los Angeles hat Ende 2013 ein erstes „Haus“ mithilfe eines 3-D-Druckers gebaut. Bei dem Exponat handelt es sich allerdings nicht um ein Haus im üblichen Sinne, sondern eher um einen auf das Nötigste reduzierten Wohnraum mit einer Höhe von rund 3 m. Integriert in das Objekt wurden eine Küche, Toilette, ein Bett sowie ein Regal. Neben diesem Interieur wurden die Aussparungen für Wasser- und Stromleitungen gleich mitgedruckt.

FESTER UND LEICHTER ALS HERKÖMMLICHE STEINE

Der Prototyp des Minihäuschens besteht aus zwei Hälften. Gedruckt wurde es allerdings nicht in den USA, sondern in Deutschland. Die Firma Voxeljet, Anbieter von industrietauglichen 3-D-Drucksystemen mit Sitz in Friedberg bei Augsburg, besitzt Drucker, die groß genug sind, um jeweils eine der Haushälften Schicht für Schicht aus einem Gemisch aus Sand und Bindemittel zu fertigen. Die Objekte wiegen jeweils etwa 2 t. Die Druckkosten für das Mini-Appartement lagen bei rund 60 000 €.

Ein „Haus“ aus zwei gedruckten Teilen. Werden die beiden Hälften verbunden, entsteht auf einer Grundfläche von 2,2 m x 2,2 m ein Schlafzimmer, eine Küche und eine Toilette – jedenfalls in den Augen von Architekt Peter Ebner.

Foto: Voxeljet

Die Bauindustrie in Deutschland ist eher zurückhaltend, was den Einsatz von additiven Verfahren beim Hausbau angeht. Architekten und Baufirmen nutzen hierzulande 3-D-Drucker vor allem zur Herstellung von Modellen, die sie zur Illustration ihrer Ideen in Kundengesprächen nutzen. Doch das ändert sich. „Das Interesse der Branche an Drucksystemen wächst“, sagt Gregor Zimmermann, Geschäftsführer von G.tecz. Das Kassler Forschungs- und Entwicklungsunternehmen arbeitet an Materialien für den 3-D-Druck, die beim Hausbau genutzt werden können. So hat es eine spezielle Betontrockenmischung entwickelt, die ohne die bisher eingesetzten Polymer-gebundenen Bindemittel auskommt.

„Unser nano-optimierter Dry-Mix erreicht je nach Drucksystem Druckfestigkeiten von 5 N/mm2 und ist damit fester als manch herkömmlicher Stein aus Porenbeton, den man aus dem Hausbau kennt“, sagt Zimmermann. Mit einem Gewicht von rund 2000 kg/m3sei der Baustoff leichter als normaler Beton, aber ebenso wetter- und temperaturbeständig. Das Material kann laut G.tecz in nahezu allen Pulver-verarbeitenden 3-D-Druckern eingesetzt werden und wird mit Wasser Schicht für Schicht zur Reaktion gebracht. Mit etwa 150 µm dünnen Beton-schichten ließen sich auch komplexe Bauteile herstellen. 3-D-Drucker-Hersteller Voxeljet hat mit dem von G.tecz entwickelten Pulver bereits Gehäuse-Prototypen für Fahrrad-Elektroladestationen gedruckt. Als nächstes sei geplant, dekorative Elemente für die Fassadensanierung bei Altbauten herzustellen.

„Beim 3-D-Druck von Betonteilen steht die Bauindustrie noch ganz am Anfang“, sagt der G.tecz-Geschäftsführer. Das in China eingesetzte Contour-Crafting sei mit den heutigen Verfahren im Fertigteilbetonbau noch nicht konkurrenzfähig. Größere Marktchancen sieht Zimmermann für Verfahren, mit denen vor allem komplexe Teile für den Hausbau computergestützt hergestellt werden können. Zurzeit arbeitet das Kasseler Forschungsunternehmen daran, die Materialmischung weiter zu optimieren und auf verschiedene Druckersysteme anzupassen. Eine Steigerung der Druck- und Biegezugfestigkeiten sei durchaus noch möglich, zeigt sich Zimmermann zuversichtlich. Voxeljet und G.tecz suchen derzeit Partner für Pilotprojekte, um die additive Fertigung in der Bauindustrie bekannter zu machen.

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