Animation des Verfahrens.
TU Dresden
Kern des von Forschern der Institute Maschinenwesen, Baubetriebswesen und Baustoffe an der TU Dresden entwickelten additiven Fertigungsverfahren ist der schichtenweise Austrag eines sich schnell erhärtenden Spezialbetons. Dieser wird über einen Druckkopf ausgegeben, der wiederum von einem Großraumroboter geometrisch präzise geführt wird. Die Basis für die Großraumrobotik zur automatisierten Bewegung des Druckkopfes bilden etablierte Baumaschinen, wie zum Beispiel Autobetonpumpen. Diese lassen sich nach geringen Modifikationen für die neue Technologie nutzen, behalten aber parallel ihre ursprüngliche Funktionsweise bei. Die einfache Integration in herkömmliche Bauabläufe ist somit gewährleistet.
Optimierung der Bauabläufe
Die neuentwickelte Betoneinbautechnologie soll in den gesamten Bauprozess integriert werden, angefangen bei der Planung bis hin zum fertigen Rohbau. Die für den Beton-3D-Druck notwendigen Datenstrukturen werden in der Planungsphase generiert und dienen in der Ausführungsphase zur Steuerung und Überwachung der Großraumrobotik. Dabei handelt es sich vor allem um Geometrie- und Stoffdaten. Unter Berücksichtigung baubetrieblicher Ansatzpunkte können so die Bauabläufe optimiert werden.
Ziel der entwickelten Technologie ist es, zukünftig ganze Bauwerke mithilfe dieses Beton-3D-Druckverfahrens direkt auf der Baustelle zu errichten – ein 3D-Druckverfahren für den mobilen Baustelleneinsatz. Dies habe laut den Forschern entscheidende Vorteile: So würden sich zum einen durch Materialeinsparungen und Produktivitätssteigerungen die Baukosten signifikant senken lassen. Denn die derzeit übliche Ortbetonbauweise sei gekennzeichnet durch hohen Personaleinsatz und erfordere einen immensen Aufwand an Gerüst- und Schalungsarbeiten. Das koste wertvolle Rohstoffe und führe zu erheblichen Lohnkosten. Im Kapitel „Schalungsplanung“ des Springer-Fachbuchs „Grundlagen der Baubetriebslehre 2“ heißt es dazu: „Betrachtet man die Kostenstruktur von Rohbauarbeiten im Hochbau, so fällt auf, dass die Kosten für die Schalung (Geräte und Lohn) ungefähr 25 % der gesamten Rohbaukosten betragen.“ Hinzu komme, dass die Schalarbeiten als Teil der Rohbauarbeiten in einer sehr frühen Phase der Leistungserstellung entstünden, sie somit also richtungsweisend für die gesamte Entwicklung der Bauzeit sind. Terminverzüge würden sich in der Regel durch die gesamte Rohbauzeit ziehen. So kommen die Buchautoren zu dem Schluss: „Ein schneller und effizienter Verlauf der Rohbauarbeiten hingegen bringt Zeitreserven für die nachfolgenden Arbeiten.“
Eine „Revolution auf der Baustelle“
Zum anderen könnten sich durch das additive Fertigungsverfahren völlig neue Möglichkeiten der Gebäudegestaltung ergeben. Für Bauprozesse und Bauformen stünden somit gravierende Veränderungen an. Professor Günter Kunze, emeritierter Inhaber der Professur für Baumaschinen und Projektleiter, geht sogar noch weiter. Er sagt: „Mit dem Forschungsvorhaben ‚Beton-3D-Druck‘ haben wir die Grundlage für eine industrielle Revolution auf der Baustelle geschaffen.“
Der Versuchsstand an der TU Dresden.
TU Dresden
Seit Ende 2015 testen die Ingenieure im seit 2014 laufenden Projekt nun die geeignete Betonrezeptur und die Fertigungstechnik an einem eigenen Versuchsstand. Im Folgeprojekt soll es dann Versuche im Maßstab 1:1 geben.
Für ihre Entwicklung mit dem Namen „CONPrint3D“ erhielten die Forscher den bauma Innovationspreis 2016 in der Kategorie Forschung.