3D-Druck in der Baubranche — Hype oder Zukunft?
Aktueller Stand:
Das erste 3D-gedruckte Wohnhaus in Deutschland nähert sich der Fertigstellung. Wie viele werden folgen?
In vielen Industrien ist der 3D-Druck bereits fester Bestandteil eines voll- oder teilautomatisierten Fertigungsprozesses. Dem ist in der Baubranche noch nicht so. Geprägt von rückständiger Technologie und individueller Fertigung hat die Baubranche einen jährlichen Produktivitätszuwachs von 1 %.[1] In der Automobilindustrie sind es 3,5 % jährlich seit 1991[2]. Kumuliert führt das zu einem Produktivitätszuwachs von 170% für die Auto- und lediglich 30% für die Bauindustrie über die letzten 30 Jahre. Die Gründe für die anhaltend niedrige Produktivität sind vielfältig und liegen oft in der Einzigartigkeit eines jeden Gebäudes, das heute in den meisten Fällen noch keine Reproduzierbarkeit von Prozessen zulässt. Der 3D-Druck könnte einer Branche, die in vielen Teilen noch wie vor 100 Jahren funktioniert, den entscheidenden Schub geben. Tut er das auch?
Worauf es beim 3D-Druck im Bauwesen ankommt:
Zunächst verhält sich das 3D-Druck Verfahren in der Bauindustrie analog zu anderen Industriezweigen. Es wird also anhand einer sich je nach 3D-Drucker unterscheidenden Software ein 3D-Modell erstellt, das dann durch den Drucker umgesetzt wird.
Der am weitesten verbreitete Ansatz für den Druckprozess sieht so aus, dass der Drucker schichtweise einen vorprogrammierten Pfad mit einem Druckkopf abfährt. Aus diesem Druckkopf wird dabei Beton gepresst. Aufeinandergestapelt ergeben diese Pfade dann ein 3D-Objekt: Zum Beispiel ein Haus.
Damit das Verfahren für die Bauindustrie einen nennenswerten Vorteil entwickelt, ist neben dem 3D-Drucker vor allem die Zusammensetzung des Betons ein entscheidender Faktor. Wichtige Eigenschaften, die der Beton aufweisen muss, sind:
1. Der Beton muss zu Beginn flüssig & flexibel genug sein, um gleichmäßig aus dem Druckkopf gepresst werden zu können.
2. Die Verfestigung des Betons muss schnell stattfinden, um die nächste Betonschicht auflegen zu können. Nur so lässt sich eine hohe Druckgeschwindigkeit erreichen.
3. Die verschiedenen Komponenten der Beton- oder betonähnlichen Mischungen dürfen nicht verklumpen und so den „Druckflow“ unterbrechen. Hier entstehen bereits Alternativen wie z.B. das Light Stone Material, bei dem ein Kunststein UV-Licht ausgesetzt wird, um schnell zu härten. Es ist fester und leichter als Beton und soll eine Lebensdauer von mehr als 70 Jahren bieten.[3]
Vorteile von 3D-Druck in der Bauindustrie:
a) Reduktion von Abfall: Baustellen sind ineffizient und verschwenderisch. Mehr zu bestellen als erforderlich ist Normalität. Der 3D-Drucker verwendet nur so viel Material wie eben notwendig ist.
b) Preis: Der Rohbau aus dem 3D-Druck entsteht schneller und günstiger. Gedruckter Beton benötigt keine Schalung (die Gussform, in die Frischbeton zur Herstellung von Betonbauteilen eingebracht wird). So können bis zu 35% der Kosten, die bei einem herkömmlichen Betonherstellungsprozess benötigt werden, eingespart werden[4].
c) Einsparung von Arbeitskräften: Der Fachkräftemangel in der Baubranche ist allgegenwärtig. Sollte sich der 3D-Druck als echte Alternative erweisen, führt das zu mehr Geschäft für die Bauunternehmen.
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d) Design & Funktionalität & Geschwindigkeit: Der 3D-Druck ermöglicht komplexe und ansonsten nur schwer konstruierbare Designs.[5] Darüberhinaus wird an Möglichkeiten wie dem „intelligenten Beton für den 3D-Druck“ geforscht, um das Gebäude noch besser zu isolieren und schmutzabweisende Wände zu realisieren. Außerdem kann der Rohbau durch den 3D-Druck binnen eines Tages abgeschlossen werden.[6]
Limitationen:
Eingeschränkte Einsatzmöglichkeiten: Stand heute lässt sich 3D-Druck im Bauwesen nur für den Rohbau einsetzen. Es ist noch nicht möglich Stahlbeton zu drucken. Somit lassen sich nur kleine Gebäude mit einfachen Grundrissen herstellen.[7]
Ausblick:
Bis heute kommt der 3D-Druck beim Hausbau noch so gut wie gar nicht zum Einsatz. Das könnte sich aber schon bald ändern. Schätzungen zufolge soll der Markt für 3D-Druck in der Bauindustrie bis 2027 auf 1.6 Milliarden ansteigen[8]. Auch Startups fokussieren sich zunehmend auf den 3D-Druck und die Automatisierung des Gebäudebaus. Ein Beispiel ist das Startup Mighty Buildings aus den USA, das in den letzten 18 Monaten 70 Millionen US-Dollar eingesammelt hat.[9] Gute Beispiele für das Potenzial der noch jungen Technologie sind unter anderem das Office of the Future in Dubai[10] oder das Pilot-Projekt der Baufirma PERI, das in Beckum realisiert wird. PERI hat sich an der 3D-Druck Firma COBOD beteiligt und ist demnach der Ansicht, dass die Technologie vielversprechend ist. Die Kooperation ist 2018 entstanden und seitdem in vollem Gange.[11] Es ist also keine Frage ob der 3D-Druck für die Baubranche kommt, sondern in welchem Umfang.
Wie anfangs beschrieben, steht die Bauindustrie im Hinblick auf ihre Produktivität vor ernsthaften Problemen. Modulares Bauen könnte eine flächendeckende Lösung sein, ist es allerdings noch nicht. Weshalb das so ist, wird Thema des nächsten Artikels sein.
Liebe Grüße & bis dahin
Marcus Daftari
[1] https://www.feess.de/neuigkeiten/der-bau-will-in-die-zukunft-getrieben-werden.html
[2] https://www.wirtschaftsdienst.eu/inhalt/jahr/2019/heft/7/beitrag/autoindustrie-auf-dem-richtigen-weg.html
[3] https://3druck.com/case-studies/in-kalifornien-entsteht-bald-die-erste-3d-gedruckte-wohnsiedlung-der-welt-4399209/
[4]https://www.haus.de/bauen/haus-3d-drucker
[5] https://www.businessinsider.de/leben/wohnen/ein-3d-drucker-baut-tiny-houses-fuer-3400-euro-2018-6/#:~:text=Ein%203D-
[6] https://www.mein-eigenheim.de/bauplanung/3d-drucker-haus.html
[7] https://www.process.vogel.de/stahlbeton-aus-dem-3d-drucker-a-945952/
[8] https://databridgemarketresearch.medium.com/global-3d-concrete-printing-market-is-projected-to-reach-a-value-of-over-usd-1-6-billion-by-2027-566320848e3f
[9] https://www.cnbc.com/2021/03/12/3d-printed-housing-developments-suddenly-take-off-heres-what-they-look-like.html
[10] https://www.architectmagazine.com/project-gallery/office-of-the-future_o
[11] https://www.peri.de/informationsportal-news-medien/veroeffentlichungen-presse/peri-gruppe-beteiligt-sich-an-cobod.html
