CONPrint3D – Forschungsprojekt der TU Dresden zum 3D Druck von Gebäuden

In Deutschland wird jährlich rund 46 Millionen Kubikmeter Beton zu Baustellen transportiert. Dieser wird dort in Verschalungen gegossen, die dem Baustoff seine spätere Form vorgeben. Allerdings sind die Kosten und der Ressourcenaufwand für den Schalungsbau und die dafür notwendigen Gerüste enorm. Da die Verschalungen oft Einzelanfertigungen sind, können sie zudem nicht wiederverwendet werden. Das heißt, sie sind ein Wegwerfprodukt. Um dieses Müllaufkommen und die mit der Verschalung einhergehenden Kosten zu reduzieren, forscht die TU Dresden an einer neuen Technologie – dem Beton 3D Druck oder CONPrint3D. Bereits 1995 entwickelte der Wissenschaftler Behrohk Khoshnevis ein Verfahren zum schichtweise Extrudieren von Baustoffen und nannte es Contour Crafting. Bis heute haben mehr und mehr Forschungsteams um die Weiterentwicklung der Technologie bemüht. So gibt es in China, Russland und Dubai bereits erste Häuser aus dem Drucker.

Die Zielsetzung von CONPrint3D

Das Projekt entstand durch die Zusammenarbeit der Fakultät für Bauingenieurwesen und der Fakultät für Maschinenwesen an der TU Dresden. Außerdem unterstützen das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit sowie das Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung die CONPrint3D-Wissenschaftler. Die Gruppe hat sich mehrere Ziele für die Machbarkeitsstudie gesetzt. Es soll neben der Abschätzung des Markpotenzials, an dem Einsatz eines Druckkopfes mit bestehender Maschinentechnologie, dessen Steuerung und an der Entwicklung eines schnell erstarrenden Betons geforscht werden. Auch eine Wirtschaftlichkeitsanalyse führen die Forscher durch und gehen auf die rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ein.

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Erste Ergebnisse und eine Auszeichnung für CONPrint3D

Das Team präsentierte bereits erste Zwischenergebnisse. So schätzen die Wissenschaftler das Marktpotenzial für den 3D-Druck auf rund 40 Millionen Quadratmeter Wandfläche jährlich. Diesen Wert leiteten sie aus den Baugenehmigungen für das Jahr 2014 ab und verknüpften diese Daten mit den verwendeten Materialien. Für den Druckkopf legt die CONPrint3D-Gruppe die Anforderungen an Oberflächengenauigkeit und Präzision fest. Er soll an einem Großraumroboter angebracht werden können und mithilfe von Steueralgorithmen die exakte Druckbewegung in der richtigen Geschwindigkeit ausführen. Die dafür notwendigen Daten erhält der Drucker aus dem 3D-Gebäudemodell.

Für die Untersuchung des Baumaterials hat die TU Dresden einen eigenen Laborplatz zur Verfügung gestellt. Hier haben die Forscher einen Teststand aufgebaut, mit dem sie Betongemische ausdrucken können. So können sie den Baustoff auf seine Pumpbarkeit, die Erstarrungszeit, die Formstabilität und die mögliche Baugeschwindigkeit hin untersuchen. Auch zur Wirtschaftlichkeit gibt es erste Ergebnisse. Am Beispiel eines Einfamilienhauses ermitteln die Forscher eine Zeiteinsparung im Vergleich zu konventionellen Bauverfahren um den Faktor 6. Das heißt, ein Haus kann mit dem Drucker an einem Tag gebaut werden, während eine Baufirma dafür 6 Tage benötigt. Das Kosteneinsparpotenzial liegt dabei bei rund 30 Prozent. Für die Präsentation seiner Zwischenergebnisse hat die CONPrint3D-Forschergruppe den BAUMA-Innovationspreis in der Kategorie „Forschung“ erhalten. Das Projekt startete im September 2014 und wird vermutlich im September 2016 fertiggestellt.

Foto: Technische Universität Dresden

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