3D-Betondruck – Kommen Häuser bald aus dem Drucker?

2017 baute das dänische Unternehmen COBOD in Kopenhagen einen kleinen Bürokomplex, der als erstes 3D-gedrucktes Gebäude in Europa gilt. In China wurden sogar schon im Jahr 2014 Elemente aus 3D-Betondruck zusammengebaut. Auch in Dubai, Russland und Nord- und Südamerika kamen in den vergangenen Jahren bereits eine ganze Reihe kleinerer und größerer Gebäude aus dem Drucker. Nun wird auch in Nordrhein-Westfalen ein zweigeschossiges Einfamilienhaus mit etwa 160 Quadratmetern Wohnfläche ‚gedruckt‘.

Hat Deutschland Verspätung?

Warum Bauvorhaben mit dieser innovativen Technik in manchen Ländern schon seit längerem einen Vorsprung zu haben scheinen, hängt vor allem damit zusammen, dass Wandkonstruktionen in vielen Ländern meist ohne Dämmung gebaut werden. Das ist in Deutschland aufgrund der gesetzlich festgelegten baurechtlichen Anforderungen nicht möglich. Vielmehr benötigen Bauvorhaben aus 3D-Betondruck hierzulande und im Einzelfall oft die Zustimmung des zuständigen Bauministeriums. Es gibt in Deutschland jedoch nicht nur aufgrund dieser speziellen Auflagen bisher wenige solcher Projekte, sondern auch weil die modernen Maschinen hierzulande noch eine recht zaghaft verbreitete Technologie darstellen, die dementsprechend relativ teuer ist. Im Vergleich zu anderen Ländern wird es in Deutschland deshalb wohl auch noch eine ganze Weile dauern, bis ganze Gebäudekomplexe aus 3D-Betondruck auf öffentlichen Baustellen errichtet werden. Allerdings bestehen auch schon heute viele Neubauten in Deutschland aus Betonfertigteilen, die in einem Werk vorproduziert und auf der Baustelle als fertige Wand- oder Deckenelemente nur noch montiert werden müssen. In solchen Werken könnte der Gebrauch vom 3D-Betondruck dagegen schon in naher Zukunft eine gängige Praxis werden.

Schnell, günstig und schön

Auf jeden Fall bietet der 3D-Betondruck für die Baubranche sehr interessante Perspektiven, denn dank dieser Technik besteht die Möglichkeit, Betonhäuser oder Betonwände mit geringen Personalkosten und in sehr kurzer Zeit zu produzieren. Auch die rasante technische Entwicklung der Drucker wird die Aktivität auf diesem Sektor sicherlich beschleunigen. 2017 zum Beispiel dauerte der Druck des Kopenhagener Bürogebäudes noch zwei Monate, während dasselbe Objekt 2019 in nur drei Tagen realisiert wurde. Neben der Personal- und Zeitersparnis punktet der 3D-Betondruck aber auch mit ästhetischen Argumenten. So ergeben sich für Betonwände völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten, die mit der herkömmlichen Schalungstechnik nur sehr schwer realisierbar wären, wie beispielsweise geschwungene Formen oder breitgefächerte Farbeffekte. Selbst hoch komplizierte und extrem filigrane Formen lassen sich dank der enormen Präzision der Maschinen direkt aus den digitalen Plänen drucken, ohne dabei hohe Mehrkosten zu erzeugen. Dadurch können nicht nur Bauherren, sondern vor allem auch die Architekten und Planer ihrer Kreativität freien Lauf lassen.

Schicht für Schicht

Doch wie funktioniert nun der Hausbau aus einem 3D-Drucker? Schließlich wird der Begriff ‚Drucker‘ in den meisten Fällen doch immer noch mit kompakten Apparaten wie unserem PC-Drucker assoziiert. 3D-Drucker dagegen erfreuen sich heutzutage erst bei Tüftlern und Bastlern großer Beliebtheit. Damit können zum Beispiel Spielfiguren von diversen Brettspielen nachgebaut werden, falls eine verloren geht. Auch teure Ersatzteile sind in der Eigenproduktion mit dem 3D-Drucker einfach herzustellen. Für den Hausbau haben 3D-Betondrucker aber natürlich ganz andere Maße und Preise als die 3D-Drucker, die es für den privaten Gebrauch gibt. Weltweit gibt es in puncto 3D-Betondruck jedenfalls eine große Auswahl an Anbietern unterschiedlichster Technologien. 3D-Betondrucker wie die des dänischen Unternehmens COBOD oder der bayerischen PERI GmbH, mit dem auch das erste ‚gedruckte‘ Haus in Deutschland gebaut wurde, funktionieren nach einem sogenannten additiven Verfahren. Dabei wird per Extrusionstechnik der Beton aus dem Druckerkopf gedrückt und Schicht für Schicht übereinandergelegt (‚addiert‘), bis die gewünschte Wandhöhe erreicht ist. Natürlich benötigt man auf der Baustelle weiterhin einen Betonmischer mit Pumpentechnik sowie geschulte Fachkräfte, um das Baumaterial in der richtigen Konsistenz zum Druckkopf zu transportieren und den Produktionsprozess vor Ort zu überwachen.

Noch nicht perfekt

Eine gewisse Schwachstelle dieses Verfahrens ist derzeit noch, dass die einzelnen Materialstränge aufeinander ‚abgelegt‘ werden und sich der Haftungsverbund nur durch das Anpressen des jeweils neuen Stranges an den darunterliegenden ergibt. Als unmittelbare Folge kann es dann zu Problemen bei mechanischer Belastung hinsichtlich der Biegezug- beziehungsweise Scherfestigkeit kommen. Unter anderem aus diesem Grund ist die wirtschaftliche Effizienz dieser Bauweise daher momentan noch geringer als die der herkömmlichen Bauvariante mit Betonschalungen. Zudem muss beim 3D-Betondruck sozusagen vom ersten Tag an alles und bis hin zur finalen Platzierung jeder einzelnen Steckdose gedacht werden – vergessene Vorrichtungen oder spontane Planänderungen sind praktisch nicht oder nur sehr aufwendig umsetzbar. Außerdem ist das Drucken horizontaler Bauteile technisch noch nicht möglich. So muss für die Herstellung von Böden, Decken, Treppen, Dämmung und Dächern noch ganz konventionell gearbeitet werden.

Pilotprojekt Beckum

Deutschlands erstes Haus aus dem 3D-Drucker soll nun dazu beitragen, Lösungen für diese bestehenden Schwachstellen zu entwickeln. Deshalb läuft der BOD2-Drucker der PERI GmbH in Beckum auch bewusst nicht auf Hochtouren.. Statt Geschwindigkeitsrekorde zu brechen, möchte die Projektleitung in Beckum jedoch in erster Linie Erfahrungen im Alltagsbetrieb sammeln, um die generelle Entwicklung des Verfahrens voranzutreiben und langfristig die Druckkosten zu senken. Technologische Fortschritte seien schon seit der Planung bis zum Start des Pilotprojekts deutlich geworden, sagen die Baubeteiligten. Während des Druckvorgangs berücksichtigte der Drucker zum Beispiel nicht nur die Öffnungen für Fenster und Türen, sondern auch die später zu verlegenden Leitungen und Anschlüsse. Wo beispielsweise eine Steckdose geplant war, stoppte der Drucker und setzte erst hinter der imaginären Steckdose wieder an. Ein Facharbeiter vor Ort setzte dann eine Leerdose ein. In Beckum wurde somit kein Schlitz mehr nachträglich gestemmt. Um die Sicherheit des Tragwerks zu gewährleisten, wurden im Vorfeld auch Versuche zur Druck- und Biegezugfestigkeit durchgeführt. Zudem fand die Prüfung des Frost-Tau-Widerstands statt, um die Lebensdauer des Wohnhauses in Beckum zu bestimmen, das sich aus drei verschiedenen Wandbauarten zusammensetzt, die auf der 6-Zentimeter-Spurbreite des Druckers basieren. Druckbeginn des Hauses war der 17. September 2020, die Fertigstellung ist für das Frühjahr 2021 geplant. Am Ende seines Lebenszyklus sei das Gebäude aufgrund der Bauweise sowie der verwendeten Materialien nahezu komplett recyclebar.

Präsentations- und Forschungsobjekt

Nach Abschluss aller Bauarbeiten soll das Einfamilienhaus in Beckum zunächst für anderthalb Jahre der Öffentlichkeit zugänglich sein. Parallel wollen die Projektplaner und -partner mithilfe von Langzeituntersuchungen verfolgen, ob sich die Bauweise auch tatsächlich so wie geplant verhält. Erst danach wird es als Wohngebäude genutzt. Das Wohnhaus in Beckum soll also nicht nur zeigen, dass der 3D-Betondruck funktioniert; die Beteiligten wollen vor allem erreichen, dass sich die Bauweise breiter etabliert. Den ortsansässigen Projektplanern Mense-Korte ingenieure + architekten liegen sogar schon Anfragen für weitere Projekte vor. Die nächsten Häuser könnten auch schon eine Nummer größer sein. „Wir denken da an verdichteten Wohnungsbau, auch dreigeschossig“, so Waldemar Korte von Mense-Korte ingenieure + architekten. Gegebenenfalls lässt sich durch die gesammelten Erfahrungen künftig auch das Zulassungsverfahren verkürzen. Insgesamt betrachtet verspricht das Pilotprojekt Beckum auf jeden Fall aussichtsreiche Perspektiven für Häuser aus innovativem 3D-Betondruck. Durch intelligente Designs und optimierten Materialeinsatz ermöglicht der 3D-Betondruck alternative Baumethoden und trägt gleichzeitig nachhaltig zum Umweltschutz bei.