Wohnhaus aus dem 3D-Drucker

Wohnhäuser aus dem 3D-Drucker

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Das erste 3D-gedruckte Haus in Deutschland sorgte kürzlich für Schlagzeilen. Im westfälischen Beckum ist ein Wohnhaus in Arbeit, das mit Beton von einem 3D-Drucker hergestellt wird. Im März 2021 soll das Haus, das von einem Architektenbüro und einem Schalungsbauer entworfen wurde, dann fertig sein. Handelt es sich hier um einen Einzelfall oder um einen wichtigen Meilenstein im 3D-Druck? Wir schauen in diesem Beitrag darauf, ob und wann der 3D-Druck von Wohnhäusern denkbar ist.

Ist der 3D-Druck von Häusern möglich?

Schon seit Jahren träumen Bauherren und Immobilienexperten davon, Gebäude mithilfe eines 3D-Druckers ganz einfach zu produzieren. Die modernen Geräte versprechen in verschiedensten Branchen ein großes wirtschaftliches und ökologisches Potenzial sowie wesentliche Ersparnisse. Aktuell herrscht in der Baubranche noch eine Scheu davor, in die 3D-Technologie zu investieren.

Das sieht in anderen Ländern schon ganz anders aus. Vor allem in China und Russland gibt es viele Projekte für 3D-Betondrucker, die verschiedenste Gebäude herstellen können. Eine große Hoffnung der Visionäre besteht darin, bezahlbaren Wohnraum und sozialen Wohnungsbau zu fördern. Dies könnte dank der 3D-Technologie so günstig werden, dass sich schnell Investoren finden.

Auf der anderen Seite gibt es Skeptiker, die noch nicht von der Technologie überzeugt sind. Denn das schichtweise Auftrag von Beton ist noch nicht völlig ausgereift. Zwar zeigt das Haus im westfälischen Beckum, dass der 3D-Druck von Wohnhäusern grundsätzlich möglich ist, aber das Endergebnis ist noch nicht bekannt.

Trotz der Skepsis ist das Interesse auf dem freien Markt groß. Bis zum Jahr 2023 könnte sich die Betondruck-Branche auf etwa 1,5 Milliarden Dollar vergrößern, was industriellen Maßstäben entspricht. Neben China und Russland sind auch die Vereinigten Arabischen Emirate sehr interessiert an dem neuen Verfahren für die Herstellung von Gebäuden.

Ab wann sind massenhaft produzierte Häuser aus dem 3D-Drucker zu erwarten?

Der Betondruck von Gebäuden wird oft als Eintrittskarte in die Industrie 4.0 bezeichnet, in der nicht nur digital geplant, sondern auch digital gebaut werden kann. Jedoch ist die vorherrschende Euphorie über 3D-Wohnhäuser aktuell noch nicht in der Praxis verankert, da gute Beispiele für bewohnbare Gebäude aus dem Drucker fehlen.

Zwar hat zum Beispiel die chinesische Firma WinSun schon im Jahr 2014 rudimentäre Häuser aus Beton gedruckt, die jeweils nur 24 Stunden benötigten und einen Stückpreis von 4.000 US-Dollar hatten, doch waren sie nicht bewohnbar. Es handelte sich vielmehr um Testgebäude, die ohne Elektro- und Sanitäranschlüsse auskommen mussten.

Auch in den Niederlanden gibt es schon erste 3D-Gebäude, aber auch diese sind nicht zum Wohnen, sondern vielmehr als Ausstellungsobjekte gedacht. Neben der Herausforderung, die Haustechnik mitzudrucken oder zumindest besser einzuplanen, stellt auch der Baustoff selbst eine Hürde dar: Denn damit der Beton sich nicht verformt, aber flüssig genug ist, sind optimale Temperaturen nötig. Außerdem lastet viel Gewicht auf den unteren Schichten, und es ist noch nicht erforscht, ob diese langfristig halten oder etwa brüchig werden.

Noch eine Herausforderung, die dem massenhaften 3D-Druck von Häusern entgegensteht, ist das europäische Baurecht. Denn der 3D-Beton wird den Vorschriften noch nicht gerecht. Zudem sieht das Gesetz Stahlbewehrungen im Beton vor, um die Wände zu stabilisieren. Diese Stahlelemente lassen sich jedoch nicht mitdrucken.

Forscherteams an der TU Dresden, aber auch an anderen europäischen Universitäten arbeiten mit Hochdruck daran, Lösungen für diese Herausforderungen zu finden. Auch die Weiterentwicklung der Drucker selbst ist dabei ein wichtiges Thema. Laut Experten wird es noch etwa ein Jahrzehnt dauern, bis wir hierzulande mehrgeschossige Wohnhäuser drucken können, die dem gängigen Wohn- und Qualitätsniveau entsprechen. Aber auch dann fehlen noch einige Schritte bis hin zu einer eventuellen Massenproduktion. Idealerweise sollen die gedruckten Gebäude den klassischen Bauprozess ergänzen, ohne in komplett zu ersetzen. Hier sind auch Hybrid-Häusern aus teils additiv gedruckten und teils konventionell produzierten Bauteilen denkbar.

Welche Druckverfahren kommen für Gebäude in Frage?

Für den Druck von Gebäuden ist Beton das wichtigste Material. Diese Drucker bestehen aus einem Roboterarm und einer Düse. Anhand digitaler Daten weiß der Drucker, entlang welcher Koordinaten er die Schichten pressen muss. Je höher das Gebäude wird, desto mehr wächst auch der Drucker in die Höhe. So sind bis zu 40 Meter möglich, wobei der Drucker einem Kran ähnelt. Manche Drucker können direkt auf der Baustelle zum Einsatz kommen, während andere in Lagerhallen die Bauteile vorproduzieren.

Beim 3D-Druck mit Beton fließt das Material aus einem Druckkopf, der jeweils zwei Zentimeter dicke Betonschichten zwischen Metallverstrebungen anlegt. Das Gebäude wird mit diesem additiven Verfahren in vielen Schichten langsam in die Höhe gezogen. Wichtig ist beim sogenannten Extrusionsverfahren, dass der Beton flüssig genug ist, um sich pumpen zu lassen, aber zugleich fest genug, um sich nicht zu verformen.

Neben diesem beliebten Verfahren für den Betondruck ist es auch möglich, zwei Schichten aus Trockenmaterialien zu drucken, die jeweils mit einer Schicht aus Bindemitteln kombiniert werden. Zwar ist dies deutlich aufwendiger, erlaubt aber eine große gestalterische Freiheit und damit interessantere architektonische Gestaltungsmöglichkeiten. Auch Beton lässt sich durch ein Bindemittel stabilisieren, aber bei dieser sogenannten schichtweisen Betonablage mit selektiver Bindung herrscht noch viel Forschungsbedarf.

Am einfachsten ist es für den 3D-Drucker, Wände in klassischer Rechteck-Form herzustellen. Kleinere Bauelemente wie Treppen, Stützen oder Säulen werden normalerweise separat ausgedruckt, wobei ein Gleitschalungsverfahren zum Einsatz kommt. Dank des kleineren Querschnitts sind hier andere Formen möglich, wobei die Schwierigkeit stets darin besteht, ein geeignetes Material zu finden.

Welche Vorteile bieten 3D-gedruckte Gebäude?

Die Nachricht über das erste 3D-Wohnhaus in Deutschland ist unter anderem deshalb so wichtig, weil viel Hoffnung an diesem Thema haftet. Denn der Betondruck ist nicht nur effizient und günstig, sondern auch umweltfreundlich. Die folgenden Vorteile sind laut Experten zu erwarten:

  • Hohes Einsparpotenzial
  • Reduzierter Baustoff dank wegfallender Schalungen
  • Personalersparnis, da nur zwei Mitarbeiter zur Druckerbedienung nötig sind
  • Schneller Innenausbau dank mitgedruckter Aussparungen für Haustechnik
  • Zeitersparnis dank einer Druckzeit von drei bis vier Wochen (künftig weniger als zehn Tage)
  • Potenzial für sozialen Wohnbau

Obwohl der 3D-Druck von bewohnbaren Häusern aktuell noch Zukunftsmusik ist, könnte die Technik in den nächsten Jahren und Jahrzehnten für wichtige Änderungen in der Baubranche sorgen. Neue Innovationen, entsprechende Förderprogramme sowie ein öffentliches und politisches Interesse sind dafür ausschlaggebend. Wir halten Sie hier auf dem Laufenden!