3D-Druck:Schicht für Schicht

Häuser aus 3D-Drucker

So sieht es aus, wenn ein Haus gedruckt wird: Bei dem Pilotprojekt in Wallenhausen spritzt von oben eine Düse dickflüssigen Beton überall dorthin, wo eine Wand entstehen soll.

(Foto: Peri GmbH)

In Deutschland entstehen die ersten Wohnhäuser aus dem 3D-Drucker. Was früher als Spinnerei galt, könnte schon bald eine ernsthafte Alternative sein.

Von Gabriela Beck

Der Druckkopf spuckt Beton wie Sahne aus einer Spritztüte. Mit einer Geschwindigkeit von bis zu einem Meter pro Sekunde bewegt er sich auf seinem programmierten Weg an einem fest installierten Metallgerüst. Nach links und rechts, vor, zurück, hoch und runter. Schicht für Schicht wachsen so die Wände eines Hauses in die Höhe. Wofür eine vier- bis fünfköpfige Maurerkolonne rund eine Woche gebraucht hätte, das schafft der Drucker mit zwei Mann zur Bedienung in 20 Stunden reiner Druckzeit: ein ganzes Stockwerk.

Auf diese Weise ist vor Kurzem in Beckum zwischen Dortmund und Bielefeld innerhalb weniger Wochen der erste Rohbau für ein Wohnhaus aus dem 3D-Betondrucker in Deutschland entstanden. In Wallenhausen bei Ulm wurden gerade die Wände für ein Mehrfamilienhaus mit fünf Wohneinheiten binnen sechs Wochen gedruckt. Im Frühling sollen die Mieter einziehen.

Wenn sich die Technik durchsetzt, könnten Häuser schneller und billiger gebaut werden

Die beiden Projekte sind Unikate. Doch dabei soll es nicht bleiben. "Wir treten damit den Beweis an, dass die neue Bautechnologie reif für den industriellen Einsatz im Bauprozess ist", sagt Jan-Peter Graumann, der bei der ausführenden Firma Peri für die Unternehmensentwicklung im Bereich 3D-Druck zuständig ist. Denn eine offizielle Baugenehmigung in Deutschland mit seinen bekanntermaßen strengen Baubestimmungen hat weltweit Signalwirkung.

Wenn sich die Technik durchsetzt, kann sie Zeit und Personal und damit Baukosten sparen. Werden unsere Häuser in Zukunft also aus dem Drucker kommen?

Noch koste das Wohnhaus im 3D-Betondruck etwa genauso viel wie in herkömmlicher Massivbauweise, Stein auf Stein erstellt, räumt Graumann ein. Aber je häufiger die neue Technik eingesetzt werde, desto günstiger werde sie auch. Entwicklungskosten entfallen, der Spezialbeton für die "Druckertinte" wird bei größeren Absatzmengen billiger, ebenso wie die Drucker. "Das Arbeiten auf der Baustelle der Zukunft wird für junge Fachkräfte wieder attraktiv", prophezeit Graumann. Zwar werde es auf 3D-Betondruck-Baustellen keine Maurermeister mit Kelle und Wasserwaage mehr geben, dafür Facharbeiter, die mit dem Laptop die Drucker steuern. Die neue Technik wird also nicht nur Jobs kosten, sie eröffnet auch Chancen für neue Berufsprofile.

Wand aus dem 3D-Betondrucker

Schnell gebaut: Schon nach wenigen Stunden ist eine Wand aus dem 3D-Drucker fertig.

(Foto: Heidelberg Cement AG)

Gerade die fehlende Erfahrung mit der neuen Technik machen die Architekten vom Büro Mühlich, Fink & Partner als einen Hemmschuh aus. Peter und Philipp Fink sowie Günter Perl waren als Planer an dem Bauprojekt in Wallenhausen beteiligt. Obwohl sie vom Potenzial des Betondrucks insbesondere für das serielle Bauen überzeugt sind, schätzen sie die Begeisterung ihrer Branche für die neue Technik als eher verhalten ein. "Sobald wir es mit einem neuen Baustoff oder einer neuen Bautechnik zu tun haben, können wir nicht mehr auf bekannte Werte und Normen zurückgreifen", sagt Peter Fink. Der beim 3D-Druck eingesetzte Beton habe gänzlich andere Eigenschaften und eine andere Tragfähigkeit als normaler Beton - damit ändere sich die planerische Herangehensweise bei allen Wänden. "Plötzlich können wir nicht mehr mit den gewohnten Zahlen rechnen, die wir als Architekten im Kopf haben", sagt Fink. "Das macht unsere Arbeit aufwendiger." Die Branche werde sich das nötige Know-how deshalb vermutlich erst zulegen, wenn die Technik breit eingeführt sei.

Wer heute schon ein Haus aus dem Drucker haben möchte, muss also zuerst einmal einen Architekten und eine ausführende Firma finden, die das Projekt mit der neuen Technik umsetzen können.

Architekten eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten

Dann ergeben sich allerdings neue Freiheiten in der Gestaltung. Herkömmlich werden Bauteile aus Beton in eine Schalung gegossen. Die kann man sich wie eine Kuchenform vorstellen, die der anfangs flüssigen Betonmasse Halt gibt. Beim 3D-Betondruck ist die Schalung nicht nötig, das neuartige Material ist schnell formstabil. Dadurch sind Rundungen und Kurven möglich, für die eine Schalung bislang nur aufwendig herzustellen und daher kostspielig war. Sogar Teile des Innenausbaus wie einen Kaminofen oder einen Küchenunterbau kann der Drucker betonieren. Beim Mehrfamilienhaus in Wallenhausen haben die Architekten die Gewohnheiten der Einwohner allerdings nicht herausgefordert: Keller, zwei Geschosse und ein Satteldach - ein traditioneller Bautypus, dem man die Innovation bis auf die geriffelten Wände kaum ansieht. "Wir wollten die neue Bautechnik in Normalität übersetzen, um die Akzeptanz zu erhöhen", erklärt Fink.

Die Konstruktion lehnt sich an die konventionelle Massivbauweise des sogenannten zweischaligen Wandaufbaus an. Der besteht aus zwei separaten Wänden, die mit etwas Abstand nebeneinander gemauert und mit Drahtankern verbunden werden. Die raumseitige Mauer sorgt für die Stabilität des Gebäudes, die äußere für den Witterungsschutz. Dazwischen sitzt die Wärmedämmung. Beim 3D-Betondruck der Firma Peri werden drei jeweils fünf Zentimeter dicke Betonwände mit Abstand nebeneinander gedruckt, deren Zwischenräume entweder mit gängigem Beton oder Dämmmaterial verfüllt werden. 15 Meter breit, zehn Meter hoch und beliebig lang kann das Metallgerüst installiert werden, an dem der Druckkopf entlangläuft. Während des Druckvorgangs berücksichtigt das Gerät bereits die später zu verlegenden Leitungen und Anschlüsse für Wasser oder Strom. Es spart die vorgesehenen Leerräume einfach aus.

Häuser aus 3D-Drucker,
Bilder für Bauen & Wohnen

Moritz Mungenast von der Technischen Universität München forscht an neuen Materialien.

(Foto: Andreas Heddergott / TUM)

Was sich recht trivial anhört - flüssigen Beton durch eine Druckdüse pressen statt durch ein Rohr - erforderte vom Betonhersteller Heidelberg Cement, der die "Druckertinte" für das Projekt in Wallenhausen geliefert hat, jahrelanges Forschen, bis die richtige Rezeptur aus Sand, Zement, Wasser und diverser Zusatzstoffe gefunden wurde. "Normaler Beton würde zerfließen", sagt Jennifer Scheydt, Leiterin der Abteilung Engineering & Innovation bei HeidelbergCement. Druckfähiger Beton darf die Düse am Druckkopf nicht verstopfen, muss aber schneller abbinden, damit er rechtzeitig formstabil wird und die nächste Schicht tragen kann, wenn der Drucker seine Runde dreht. Gleichzeitig muss das Material so nachgiebig bleiben, dass es sich mit der unteren Schicht verbinden kann, damit eine stabile Mauer entsteht. "Das schafft ein herkömmlicher Mörtel nicht", sagt die Betonexpertin. Und dann muss das Rezept auch noch an das jeweilige 3D-Druckermodell angepasst werden. "In einen HP-Drucker passt ja auch keine Epson-Patrone."

Bevor die Bauprojekte in Beckum und Wallenhausen realisiert werden konnten, benötigten sie eine Genehmigung der obersten Baubehörde der jeweiligen Bundesländer. Der neue Baustoff und die neue Bauweise mussten erst zugelassen werden. Für den 3D-Druckbeton "i.tech 3D" wurde eine "Zustimmung im Einzelfall" erteilt, für die Bauweise eine "vorhabenbezogene Bauartgenehmigung". Für weitere Projekte müssen die Zulassungen neu beantragt werden.

Für die Zulassung eines neuen Baustoffs müssen seine Eigenschaften nachgewiesen werden. Schließlich geht es um die Sicherheit der künftigen Bewohner. Also: Wie tragfähig ist das Material? Wie standfest sind die gedruckten Wände? Wie sieht es mit dem Brandschutz aus?

Um die Nachweise für den 3D-Druckbeton "i.tech 3D" kümmerten sich Christoph Gehlen und sein Team im Centrum Baustoffe und Materialprüfung der Technischen Universität (TU) München. Dafür stellten die Ingenieure handgroße, quaderförmige Prüfkörper aus dem neuen Beton her, inklusive der Fugen, die beim 3D-Schichtdruck entstehen. Für den Nachweis der Frostbeständigkeit beispielsweise haben sie die Prüfkörper tagelang in ein Wasserbad gestellt, damit der poröse Beton die Feuchtigkeit aufsaugen kann. Danach wurden die Quader in einer Gefriertruhe auf Minus 20 Grad abgekühlt, nach ein paar Stunden wieder aufgetaut, und wieder in die Truhe gelegt. "Auf diese Weise haben wir 28 Frost-Tau-Zyklen nachgestellt und geschaut, inwieweit das Material der Sprengkraft des gefrorenen Wassers widersteht", erzählt Gehlen. Ganze Wände wurden im gleichen 3D-Druckverfahren errichtet, das auch beim Projekt in Wallenhausen eingesetzt wird. Dann hat das Prüfteam die Wände traktiert, die Oberflächen mit einer Harke aufgeraut und mit Epoxidharz bestrichen, um herauszufinden, wie lange das Material im Fall eines Druckstopps auf der Baustelle mit der nächsten Schicht verbindungsfähig bleibt.

Die Prüfingenieure untersuchen aber auch andere Rezepturen für den 3D-Betondruck. Vielversprechend ist ein Holz-Leichtbeton, der in enger Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion der TU München entwickelt wird. Bei diesem sorgen dem Zement beigemischte Holzspäne, die viel Luft enthalten, für eine integrierte Wärmedämmung. Auch an der Entwicklung von Druckbeton mit Stahlfasern, die wie eine Minibewehrung wirken und die Zugfestigkeit erhöhen, wird gearbeitet. Sogar die Beimengung von Bauschutt ist denkbar.

Moritz Mungenast geht das alles nicht weit genug. Der Architekt und Forscher kritisiert, dass mit der neuartigen 3D-Drucktechnik weiterhin herkömmliche Konstruktionen umgesetzt würden. "Da werden Wände mit Hightech-Geräten gedruckt und dann die Fenster von Hand eingesetzt." Man müsse doch die Möglichkeiten einer neuen Technik erfassen und dann nach dem geeigneten Material zur Umsetzung suchen. Und dabei auch mal querdenken. "Heute ist zum Beispiel die Gebäudehülle meist in Schichten aufgebaut. Jede Schicht hat eine Funktion. Aber das muss ja nicht so sein", sagt Mungenast. Er hat an der TU München in seiner Promotion ein transluzentes Fassadenelement entwickelt, das alle Funktionen in sich vereint: Lichtdurchlässigkeit, Sichtschutz, Sonnenschutz, Schallschutz, Wärmedämmung, Witterungsschutz. Gedruckt wird die multifunktionale Fassade aus Kunststoffgranulat, das aus recycelten PET Flaschen gewonnen werden könnte. Auch dieses Produkt hat bereits die "Zustimmung im Einzelfall" erhalten - als Fassade für den Interimseingang während der Sanierung des Deutschen Museums. Realisiert wird sie trotzdem nicht. Die Drucker schaffen es nicht, die erforderliche Menge bis zum Einbautermin herzustellen. "Aber das wird schon, wir werden ein neues Pilotprojekt finden", ist Mungenast überzeugt.

© SZ
Zur SZ-Startseite

Lesen Sie mehr zum Thema

Süddeutsche Zeitung
  • Twitter-Seite der SZ
  • Facebook-Seite der SZ
  • Instagram-Seite der SZ
  • Mediadaten
  • Newsletter
  • Eilmeldungen
  • RSS
  • Apps
  • Jobs
  • Datenschutz
  • Kontakt und Impressum
  • AGB