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OldBo
13.05.2022
Ein dänisches Start-up hatte den Einfall, Beton mit einem 3D-Drucker zu verarbeiten. Der 3D-Druck wird inzwischen in jedem Industriezweig eingesetzt, allerdings in kleinerem Maßstab. Die dänischen Betondrucker aber sind derart skalierbar, dass man selbst riesige Turmelemente für Windkraftanlagen mit ihnen drucken kann.
3-D-Druck - Die Zukunft des Wohnens?
 3-D-Druck - Die Zukunft des Wohnens?
Quelle: ZDF - "makro"-Dokumentation - ein Film von Hartmut Idzko

Ein dänisches Start-up (COBOD International A/S) hatte den Einfall, Beton mit einem 3D-Drucker zu verarbeiten. Der 3D-Druck wird inzwischen in jedem Industriezweig eingesetzt, allerdings in kleinerem Maßstab. Die dänischen Betondrucker aber sind derart skalierbar, dass man selbst riesige Turmelemente für Windkraftanlagen mit ihnen drucken kann.

Die ETH Zürich (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich) hat sogar ein Verfahren entwickelt, mit dem Brücken gedruckt werden können. Ein weiteres eindrucksvolles Beispiel ist in der klassischen Stadt der Brücken, in Venedig zu besichtigen.

Es könnte auch eine Chance für den sozialen Wohnungsbau sein. Die "makro"-Dokumentation stellt verschiedene Gebäude vor, die bereits bewohnt sind, und informiert über den Stand der Forschung, über Chancen und Grenzen beim Hausbau mit dem Drucker.Es gibt viele Gründe, warum das Bauen zu teuer geworden ist. Die Grundstückspreise sind unbezahlbar, die Bauvorschriften (besonders in Deutschland) zu komplex, die Baustoffe unerschwinglich und dann noch der Fachkräftemangel. Andererseits ist die Wohnungsnot ein globales Problem. Neue Ideen auf dem Bau sind also gefragt.

Die Fragen sind aber, kann die neue Technik helfen, Baukosten zu senken und eignet sie sich für den Wohnungsbau?

Die Ingenieure der Bautechnik sagen:
der Hausdruck geht wesentlich schneller als der klassische Bau
man braucht viel weniger Facharbeiter, um einen Bau hochzuziehen
man braucht viel weniger Baumaterialien

Das macht den Bau schon günstiger. Aber was als viel wichtiger angesehen wird, ist, dass diese Bauweise umweltfreundlicher ist, da beim Betondruck wird viel weniger Zement verbraucht wird. Besonders nachhaltig ist die 3-D-Druck-Methode in der Architektur, wenn beim Druck recycelte Materialien für die Herstellung von Bauelementen verwendet werden. Durch die geringeren Herstellungskosten eignet sich der Betondruck besonders für den sozialen Wohnungsbau. In Afrika produziert der Schweizer Holcim-Konzern 3-D-gedruckte Siedlungen, die bezahlbaren Wohnraum für einkommensschwache Familien und Unterkünfte für Obdachlose bieten sollen. Auch eine Schule in einem abgelegenen Dorf in Malawi wurde in wenigen Tagen errichtet.

Im nordrhein-westfälischen Beckum wurde das erste Wohnhaus Deutschlands mit der 3D-Betondrucktechnologie gedruckt. Das zweistöckige Einfamilienhaus mit ca. 80 Quadratmetern Wohnfläche pro Etage wurde nicht in konventioneller Bauweise errichtet, sondern mit einem Betondrucker gedruckt.

3D-Betondrucktechnologie
3D-Betondrucker-BOD2
 3D-Betondrucker-BOD2
Quelle: PERI GmbH
3D-Betondrucker-BOD2
 3D-Betondrucker-BOD2
Quelle: PERI GmbH
Mit optimierten Düsen können auch glatte Oberflächen gedrucke werden
 Mit optimierten Düsen können auch glatte Oberflächen gedrucke werden
Quelle: PERI GmbH

Schon seit einiger Zeit werden Projekte zur Forschung und Entwicklung eines serienreifen, für die Massenproduktion geeigneten Verfahrens des 3D-Betondrucks vorangebracht. Im Rahmen des Forschungsprojekts "Beton-3D-Druck" aus dem Förderprogramm „ZukunftBau“ des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung sollen beispielsweise die Grundlagen zur Einführung eines neuen Bauverfahrens untersucht werden.

Drei verschiedene Ansätze werden für die Fertigung von Strukturen und Teilen im 3D-Betondruck diskutiert:

Extrusionstechnik
In der Extrusionstechnik legt ein Düsenkopf Materialstränge unterschiedlicher Form, Höhe und Breite schichtweise aufeinander ab. Man spricht daher auch von einem additiven Verfahren. Der Prozess ist am ehesten mit dem etablierten konventionellen 3D-Druck mit Kunststoffmaterialien zu vergleichen. Das Verfahren ist zwar schneller, hat aber ebenfalls eine Schwachstelle – und das im wahrsten Wortsinn.

Nassspritzverfahren
Das Nassspritzverfahren ist ebenfalls ein additives Verfahren und ähnelt der Extrusionstechnik. Auch hier wird das vorgemischte Nassspritzgut zu einer Spritzdüse gepumpt, dort unter Druckluftzufuhr beschleunigt und Schicht auf Schicht auf dem Untergrund appliziert. Aufgrund der hohen Auftragsrate und der hohen Prozessgeschwindigkeit eignet sich das Verfahren sehr gut für die Fertigung großformatiger, räumlicher Bauteile. Der Einsatz des Betonspritzverfahrens ermöglicht es, im Gegensatz zum Extrusionsverfahren, den Auftragswinkel der Spritzdüse vertikal und horizontal zu variieren. Dies führt zu neuen Möglichkeiten im Hinblick auf die erzeugbaren geometrischen Formen. Filigranere Strukturen sind dabei jedoch kaum zu erzielen. Außerdem bringt der größte Vorteil des Verfahrens auch eine Herausforderung mit sich: Der hohe Druck beim Auftrag sorgt einerseits für eine außerordentlich hohe Verdichtung des Materials – doch werden dadurch auch vermehrt Rückstände freigesetzt, mit denen in Form von Staub- und Aerosolentwicklung umgegangen werden muss. Alle drei genannten Techniken haben also ihre Stärken und Schwächen. Grund genug für zwei deutsche Forschungsprojekte, sich intensiver mit der Verfahrensoptimierung im 3D-Betondruck zu beschäftigen.

Pulverbetttechnik
Die Pulverbetttechnik lässt sich in zwei unterschiedlichen Ansätzen verfolgen: Entweder wird ein Gesteinskörnungsgemisch durch lokales Auftragen von Zementleim zu einem Komposit verbunden oder eine Verfestigung wird durch punktuelles Auftragen von Wasser auf ein Gemisch aus Gesteinskörnung und Zement erreicht. Bei beiden Techniken können selbst filigrane Strukturen problemlos erzeugt werden – doch gerade bei größeren Bauteilen sind zahlreiche Arbeitsdurchgänge notwendig, sodass die Prozessgeschwindigkeit relativ gering ausfällt. Da die Materialstränge einzeln aufeinander „abgelegt“ werden, ergibt sich der Haftungsverbund nur durch das Anpressen des jeweils neuen Stranges an den darunter liegenden. Hier kann es daher zu Problemen bei mechanischer Belastung hinsichtlich der Biegezug- bzw. Scherfestigkeit kommen. Quelle: MC-Bauchemie.

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