Bauen mit dem 3D-Drucker

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International hat sich der 3D-Druck in der Architektur und in der Bauindustrie bereits einen Namen gemacht, vor allem im Städtebau. Aber auch in Österreich kommt die noch relativ junge Technologie zum Einsatz. Im Oktober hatten wir dazu im Rahmen unserer WE ARE SO Reihe drei ExpertInnen zu Gast: Welche Veränderungen kommen durch den 3D-Druck auf die Bauindustrie und die Architektur zu? Was ist mit 3D-Druck in der Architektur bereits möglich? Und mit welchen Herausforderungen ist die Branche konfrontiert?

International hat sich der 3D-Druck in der Architektur und in der Bauindustrie bereits einen Namen gemacht. So versteht es beispielsweise Architekturpionier Arthur Mamou-Mani, die Vorzüge des 3D-Drucks gekonnt zu nutzen und eindrucksvolle Werke zu schaffen. Gemeinsam mit dem Salzburger Studio Precht ließ er das sandgedruckte städtebauliche Ensemble Sandwaves im saudi-arabischen Diryah entstehen.

The Sandwaves besteht aus 58 Modulen, die Sitzmöbel und Pflanztröge umfassen und gleichzeitig als Brise Soleils dienen. Die Elemente fügen sich in die Wüste ein und erinnern an traditionelle Bauformen des Landes. Weil die Skulpturen aus Sand gedruckt wurden, spiegelt sich die Wüste auch im Design wider. Und sie wirken filigran, was mitunter dem 3D-Druck zu verdanken ist.

3D-Druck bringt aber nicht nur neue Freiheiten in den Designs, auch das Thema der Nachhaltigkeit ist eine entscheidende Messgröße.

„In der Architektur wird nach Methoden gesucht, Ressourcen zu schonen. Mit der 3D-Druck-Technologie ist es möglich, die Masse bzw. das Gewicht eines Bauteils zu reduzieren, indem die Komplexität des Fertigungsteils erhöht wird“, erklärt Christine Bärnthaler. Sie ist Gründerin und Innovationsagentin bei ofroom, und zählt zu den führenden Trendscouts in Sachen Technologieinnovationen in der Architektur.

Ohne Bewehrungen und durch das Einsparen von Material kommt die Architektur einem bewussten Umgang mit der Natur näher. Dabei geht es auch darum, nicht nur das Produkt neu zu denken, sondern den Produktionsprozess neu zu gestalten, um den höchsten Maßstäben der Nachhaltigkeit zu entsprechen.

3D-Druck in der Architektur ist nicht nur Sanddruck. In China kann die längste 3D-gedruckte Betonbrücke der Welt bereits benutzt werden, in Amsterdam bringt die längste 3D-gedruckte Stahlbrücke Fußgänger über eine Gracht und in Rotterdam wurde die erste gedruckte Fußgängerbrücke aus faserverstärktem Polymer umgesetzt.

Aber nicht nur Brücken werden gedruckt. Der österreichische Fertigteilhersteller Overtec hat den 3D-Betondruck von Wandverkleidungen bereits zur Serienreife geführt. Funktional punktet Overtec bei seinen 3D-Druck-Produkten mit Langlebigkeit und Brandschutz, optisch besticht das Design: Struktur und Druckbild erschaffen unerwartete Ansichten.

Auch Keramik werden mittlerweile 3D-gedruckt und gedruckte Materialkombinationen sind Realität, wie z.B. beim Opti-Knot-3D Pavillon von Bauingenieur Benjamin Kromoser und Architekt Thomas Pachner mit dem Grieskirchner Unternehmen Patonic. Der Pavillon ist ein mehrere Meter hoher Prototyp aus Eichenholzstäben und 3D-gedruckten Maisstärkeknoten, Sperrholzplatten und Schrauben, der die Zukunft des Bauens veranschaulicht. Individuell und recycelbar.

Was Kompositwerkstoffe betrifft, wird sich in den nächsten Jahren noch einiges tun, davon ist auch Christine Bärnthaler überzeugt:

Gewisse Entwicklungen müssen wir noch abwarten. Je nach Bedarf und Ausrichtung werden sich die Technologien entsprechend ergeben. Klar ist, dass die Entwicklung voranschreitet und Potenzial vorhanden ist.

Sie sieht diese Entwicklung als unaufhaltsamen Prozess, in dem sich Disziplinen nicht ausschließen, die eine neben der anderen sein darf. Auch in Österreich hat sich in den vergangenen Jahren ein transdisziplinäres Netzwerk entwickelt. Nicht nur in der Materialentwicklung, sondern auch bei Geschäftsmodellen sei vieles denkbar:

Design und Produktion werden gekauft werden, das Material ist aber gemietet. Nach Vertragsablauf wird es dann retourniert. So kann es recycelt und wiederverwendet werden.

Georg Grasser, Gründer von Incremental 3D und Senior Scientist an der Universität Innsbruck, erforschte mit seinem Team, Studierenden und dem Baustoffhersteller Baumit ein Verfahren zur Anwendung von 3D-Betondruck im Hochbau. Im Jahr 2019 erhielten er und seine Forschungspartner die Möglichkeit, anlässlich des 350-Jahr-Jubiläums der Universität Innsbruck einen temporären Festpavillon aus 3D-gedrucktem Beton zu gestalten.

Dieses Projekt, so Georg Grasser, war auch ein Test dahingehend, ob Betondruck für die Bauindustrie tatsächlich geeignet ist. Der Pavillon bestand aus 47 Einzelteilen, die mehr oder weniger hohl waren. Nur dort, wo es statisch notwendig war, wurde Material aufgetragen.

Mit dem Designer Philipp Aduatz hat Incremental 3D bereits 2018 Designobjekte wie eine karbonverstärkte Chaiselongue und Möbelkleinserien entworfen, die ebenfalls aus Beton 3D-gedruckt wurden.

2019 haben die 3D-Druckspezialisten gemeinsam mit Philipp Aduatz eine weitere betongedruckte Kleinserie umgesetzt. Die Sitzmöbel hatten Spannweiten von bis zu 2,50 m und mehr als 500 kg. Vor allem hier wird die Bedeutung von Kompositwerkstoffen deutlich, denn die Sitzbänke sind nicht ausschließlich im Betondruckverfahren realisierbar – aus Statikgründen wurden die Sitzbänke glasfaserverstärkt. Aus kreativer Sicht beweisen Georg Grasser und seine Kollegen, dass viel mehr möglich ist, als nur horizontal additiv Schichten aufzutragen – mit der neuen Technologie sind der Formenvielfalt keine Grenzen gesetzt.

Auf den 3D-Betondruck hat sich auch das oberösterreichische Unternehmen uniqum spezialisiert, das Möbel und Objekte für den Außenbereich druckt.

Thomas Gruber ist für die Implementierung von Kunststoff- und Metall-3D-Druck im Unternehmen Doka zuständig. Doka ist Teil des Umdasch-Konzerns, der in den unterschiedlichen Unternehmensbereichen 3D-Druck- und Robotiktechnologien einsetzt.

„Die Geschichte des Einsatzes von 3D-Drucktechnik bei Doka und im Umdasch-Konzern ist eine sehr junge. Vor ca. drei Jahren haben wir bei Doka begonnen, diese Technologie zu erproben.“ Thomas Gruber sieht dies als einen sehr mutigen Schritt, denn für das Unternehmen stand kein konkreter ‚Use Case‘ hinter dem Engagement. Man war sich zwar sicher, dass man diese neue Technologie irgendwann benötigen würde, nur der Zeitpunkt war damals noch unklar. „Es war uns wichtig, dass wir uns rechtzeitig darum kümmern, um am Tag X die Technologie anwenden können“, sagt Thomas Gruber rückblickend.

Doka setzt unter anderem Filamentdrucker für Gebäudemodelle ein. Vor zweieinhalb Jahren wurde in einen Kunststoffdrucker investiert – das Grundmaterial, ein Kunststoffpulver, wird mit einem Laser aufgeschmolzen. Kurze Zeit später wurde auch eine Metalldruckanlage angeschafft. Eine große Herausforderung ist nach wie vor der hochkomplexe Metalldruckprozess: Auch hier ist das Grundmaterial ein Pulver, das ebenfalls durch einen Laser aufgeschmolzen wird. Die notwendige Temperatur, um Stahl-, Aluminium- oder Titanpulver aufschmelzen zu können, muss aber weit höher sein als beim Kunststoffdruck.

Kunststoffdrucke spielen bei Doka vor allem in der Produktentwicklung beim Prototyping eine Rolle. Für EntwicklerInnen bietet das physische Modell einen wesentlichen Vorteil gegenüber rein digitalen Modellen, weil z. B. Funktionstest am Teil durchführbar sind und auch mit KollegInnen Lösungen realitätsnah diskutiert werden können. Durch physische Modelle können Iterationsschleifen rascher erfolgen, was die Entwicklungszyklen enorm minimiert, und auch bei der Schalungsplanung kann schneller und einfacher gearbeitet werden.

Umdasch Ventures ist zudem an der Contour Crafting Corporation beteiligt. Dahinter steckt ein mobiler 3D-Baudruckroboter, der schlüsselfertige Häuser oder andere Objekte direkt und vollautomatisiert vor Ort realisiert. Mit diesen Robotern reduziert sich die Bauzeit von Gebäuden auf wenige Tage oder gar Stunden. Dass dies schon möglich ist, hat kürzlich das New Yorker Start-up SQ4D bewiesen.

Alle drei ExpertInnen sind sich einig: Die große Herausforderung, die es zu meistern gilt, ist die Frage nach den Geschäftsmodellen solcher Projekte. Aber auch die Weiterentwicklung geeigneter Materialien und Kompositwerkstoffe sind ein Thema. Zudem müssen für den Prozess als auch für die Materialien Zulassungen erwirkt werden. Und nicht zu vergessen, der Anspruch künftig nachhaltiger und ressourcenschonender zu bauen, ist ein wesentlicher Aspekt bei der Weiterentwicklung des 3D-Drucks in der Bau- und Architekturindustrie.

Eine Video-Zusammenfassung des Talks gibt’s hier: 

Im Rahmen der Talkreihe WE ARE SO lädt das Linzer City of Media Arts Netzwerk regelmäßig dazu ein, gemeinsam vor allem digitale und kreativwirtschaftliche Trends kennenzulernen und zu diskutieren.

Die 15. Ausgabe „WE ARE SO additive“ widmete sich dem 3D-Druck in der Architektur- und Baubranche und fand im Rahmen des Projekts COCO4CCI. Sie wurde am 8. Oktober 2020 coronabedingt kurzerhand online veranstaltet.

Ebenfalls digital findet die kommende 16. Ausgabe statt: Am 11. März 2021 dreht sich unter dem Titel „WE ARE SO remote“ alles um die Themen „remote working“ und digitale Zusammenarbeit. Sei dabei! Anmelden kannst du dich hier.

Den gesamten Talk zum Nachsehen findest du hier: WE ARE SO additive

Das transnationale Interreg-Projekt “Collaboration Collider for Cultural and Creative Industries”, kurz COCO4CCI, hat sich die Vernetzung zwischen der Kultur- und Kreativwirtschaft (CCI) und produzierenden Unternehmen zum Ziel gesetzt. Gemeinsam mit dem Möbel- und Holzbau-Cluster der Business Upper Austria legen wir den Fokus in Oberösterreich dabei auf das Thema „advanced architecture“, um Innovationen voranzutreiben und Kooperationen zu fördern. COCO4CCI wurde mit Unterstützung der Europäischen Kommission finanziert.