3D-Druck von Beton

Foto: TUD
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In einem interaktiven Projekt entwickelten Forscher der TU Dresden ein additives Fertigungsverfahren, mit dem sich Beton direkt auf der Baustelle drucken lässt. Dafür erhielten sie den bauma Innovationspreis in der Kategorie Forschung. Von Christoph Berger

Noch handelt es sich um eine Untersuchung über die Machbarkeit. Doch sollte die Entwicklung der Forscher der Fakultäten des Maschinenwesens und des Bauingenieurwesens der TU Dresden von Erfolg gekrönt sein, dann werden mit ihrer Hilfe Materialeinsparungen und Produktivitätssteigerungen die Baukosten signifikant senken.

Im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelten sie die Technologie „CONPrint3D“. Mit ihr soll der 3D-Druck von Beton direkt auf die Baustelle gebracht werden. In dem Prozess wird auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten der Baustoff schichtweise aufgebracht und abgelagert. Schließlich entsteht so das Bauwerk.

Diese Technik wird auch additives Fertigungsverfahren genannt. Um an dieses Ziel zu gelangen, definierten die Forscher drei Arbeitsschwerpunkte: Es brauchte erstens die Entwicklung eines schnellerstarrenden Frischbetons, der für den 3D-Druck geeignet ist und der in Bezug auf seine Festigkeitseigenschaften im erhärteten Zustand mit konventionellen Baustoffen konkurrieren kann. Zweitens waren Untersuchungen zum Einsatz eines Druckkopfes zum gezielten Ausbringen des Frischbetons und Untersuchungen zur Nutzung vorhandener Maschinentechnik zur automatisierten Führung des Druckkopfes im Sinne der Großraumrobotik notwendig. Und schließlich muss die Technik auch den rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen Rechnung tragen können.

Die Lösung fand man in einem Druckkopf, der geometrisch präzise mithilfe eines Großraumroboters – zum Beispiel einer Autobetonpumpe – geführt wird. Die Steuerung des gesamten Prozesses erfolgt über Datentypen, die vor allem Geometrie- und Stoffdaten enthalten und aus speziell aufbereiteten Bauwerksmodellen generiert werden. Hintergrund der Technologie ist die Tatsache, dass es durch die herkömmliche Verarbeitung von Beton – das Betonvolumen von Transportbeton in Deutschland beträgt laut den Wissenschaftlern jährlich 46 Millionen Kubikmeter (2014) – zu einem sehr hohen Aufwand für Gerüst- und Schalungsarbeiten kommt. Da es sich bei Schalungen meist um Wegwerfprodukte handelt, führt dies zu einem immensen Rohstoffverbrauch und damit einhergehenden hohen Personalkosten.

Daher machten sich die Forscher auf die Suche nach einer schalungsfreien Betontechnologie. Ein weiterer Vorteil in dem additiven Fertigungsverfahren liegt in den neuen Möglichkeiten der Gebäudegestaltung für Architekten: Ihnen stehen mit der Technologie bisher nicht umsetzbare Bauformen zur Verfügung.