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Die Pioniere des 3-D-Drucks von Gebäuden versprechen hochwertige und kostengünstige Häuser, die auf Knopfdruck verfügbar sein sollen. Sie verweisen auf zahlreiche gelungene Projekte rund um den Globus. Drei Thesen zu einer neuen Technologie, die die Baubranche nachhaltig verändern könnte.

Text Tino Scholz

Der 3-D-Druck steht erst am Anfang seiner Entwicklung.

 

Der Bau von Gebäuden mithilfe von 3-D-Druckern boomt. So zumindest fühlt es sich an, wenn man gängige Informationsseiten im Internet liest. Regelmäßig wird dort über neue Projekte berichtet. Oft handeln diese News allerdings von Prototypen oder einzelnen Gebäuden. Flächendeckend ist der 3-D-Druck im Baugewerbe also noch nicht angekommen, er steht vielmehr am Anfang seiner Entwicklung – dahinter steckt allerdings jede Menge Potenzial.

Die Idee und Technologie gibt es schon seit etwa 15 Jahren: Einzelne Module von Häusern werden vor Ort gedruckt und können dort zusammengesetzt werden. Allerdings gibt es bereits erste Drucker, die Häuser aus einem Guss fertigen können. Durch die Digitalisierung schreitet die Anwendung des 3-D-Drucks allmählich voran. „Momentan wird noch experimentiert“, sagt Astrid Achatz. Die Leiterin der Geschäftsstelle der Fraunhofer-Allianz Bau beschäftigt sich qua Amt mit den neuesten Entwicklungen in der Branche. „Wir reden zumeist noch von Einzelfällen. Aber jede wichtige Technologie hat mit kleinen Schritten angefangen“, sagt sie. „Ich denke, diese Art des Bauens kann sich unter bestimmten Umständen rasant weiterentwickeln.“

So zeigen einige öffentlichkeitswirksame Projekte bereits, in welche Richtung sich der 3-D-Druck entwickeln könnte. Vor wenigen Monaten ging die Meldung eines russischen Start-up-Unternehmens durch die Medien, die ein 38 Quadratmeter großes Haus in 24 Stunden erstellten. Die Kosten inklusive Dach und Fenster beliefen sich auf umgerechnet weniger als 10.000 Euro. In China und den USA entstanden bereits mehrere Luxusvillen, in Dubai druckte man einen Bürokomplex. In Italien und China werden gerade Projekte umgesetzt, nach denen gesamte Dörfer aus dem 3-D-Drucker entstehen.

„Es gibt definitiv Länder, die eine hohe Experimentierfreudigkeit besitzen“, sagt Achatz. Das äußert sich dann beispielsweise darin, dass dort gar nicht schnell genug neue Häuser gedruckt werden können. „In eher baukonservativen Ländern wie Deutschland gestaltet sich die Digitalisierung im Bauwesen noch schwierig. Wir haben hier sehr hohe Ansprüche an die Bauqualität – was auch gut ist. Gleichzeitig sollten wir aber auch aufpassen, hier nicht den Anschluss zu verlieren.“ Möglich wäre dann beispielsweise eine Entwicklung der zwei Geschwindigkeiten.

Aktuell entwickeln sich die Drucker rapide weiter – jedoch nicht global, sondern vielmehr regional. Während eine Firma den Hochhausbau vorantreibt, experimentiert die nächste Tausende Kilometer entfernt mit Einfamilienhäusern, eine weitere vielleicht mit dem Nachbau von Schlössern. Ein allgemeingültiger Vergleich ist daher zum jetzigen Zeitpunkt kaum möglich.

Foto: apis cor

„Wir reden zumeist noch von Einzelfällen. Aber jede wichtige Technologie hat mit kleinen Schritten angefangen“, sagt Expertin Astrid Achatz von der Fraunhofer-Allianz Bau. Ein 3-D-Haus, in Russland innerhalb von 24 Stunden erschaffen, dürfte daher nur der Anfang sein.

 

3-D-Druck muss sich an die hohen Anforderungen beim Häuserbau anpassen. Und nicht andersherum.

Wenn in Dubai gebaut wird, dann oft in Form von Superlativen. Die meisten Gebäude sollen höher, luxuriöser und innovativer als ihre Vergleichsobjekte in anderen Regionen der Welt sein. Auch beim Thema 3-D-Druck will sich das Emirat als Vorreiter positionieren. Demnächst soll, so heißt es, das erste gedruckte Hochhaus entstehen. Der Bauherr verweist darauf, Erfahrungen mit niedrig­stöckigen Gebäuden gemacht zu haben. Die Materialseite biete auch für hochstöckige Bauvorhaben viele Optionen, Stahl und Beton seien nur Möglichkeiten von vielen. 

In vielen Ländern der Welt wäre solch ein Bau in einer solch frühen Phase einer Technologie womöglich gar nicht realisierbar. Daran lässt sich auch erkennen, woran es dem 3-D-Druck im Bauwesen momentan noch mangelt: Die oft unterschiedlichen, länderspezifischen Regularien sind schwer unter einen Hut zu bringen.

In Deutschland etwa gelten strenge Vorschriften für den Häuserbau. Bevor der erste Mörtel angerührt wird, muss der Bau geprüft und genehmigt werden. Das Haus muss energiesparend und sicher sein und dabei einen ganzen Katalog an Normen erfüllen. Keine guten Voraussetzungen also für neue Verfahren. Das Dilemma beginnt schon beim Thema Baumaterial. An deutschen Universitäten wird gerade nach dem besten Material für 3-D-Drucker geforscht, die Technische Universität München experimentiert zum Beispiel mit einer Beton-Holz-Mischung, die gleichzeitig dämmend wirkt. Doch global gesehen macht momentan noch jeder, was er will und für richtig hält. 

In der Stadt Suzhou ließ die chinesische Firma WinSun ein 1.100 Quadratmeter großes Anwesen ausdrucken. Dafür wurden Rohstoffreste, Bauabfall und recycelbarer Beton verwendet. In New York setzt der Architekt Adam Kushner ein 2.400 Quadratmeter großes Luxusanwesen mit den Materialien Sand, Staub und Kies um. Beim italienischen Wasp-Drucker wird für die Errichtung des Dorfprojektes Shamballa ein Gemisch aus Wasser, Lehm und Pflanzenfasern genutzt. Ein anderer Anbieter wiederum hat einen Baustoff entwickelt, der zehnmal stärker als die bisher verwendeten Standardmaterialien sein soll. Kein Wunder: Es handelt sich um jene Firma, die das Hochhaus in Dubai umsetzen soll

"Man weiß bei vielen Anbietern nicht, welches Baumaterial für den 3-D-Druck verwendet wird. Für viele ist es sicherlich auch eine Art Geheimrezept, von dem sie sich einen Wettbewerbsvorteil erhoffen", sagt Achatz. Auch diesbezüglich sollte in Deutschland verstärkt in die Erforschung geeigneter Materialien investiert werden. Im Sinne der Ressourcenverknappung und der CO2-Bilanz sollte sich die Baustoffentwicklung an den regional vorhandenen Rohstoffen orientieren.

Foto: WASP Project

In Italien wurde mit einem Gemisch aus Wasser, Lehm und Pflanzen­faser gedruckt. In China mit einer Mischung aus Rohstoffresten, Bauabfall und recycelbarem Beton. In New York nutzten Architekten eine Mischung aus Sand, Staub und Kies. „Für viele Anbieter ist das Bau­material sicherlich auch eine Art Geheimrezept“, sagt Astrid Achatz.

 

3-D-Druck könnte die Probleme der Wohnungsnot lösen – vor allem in den Slums der Megacitys.

Laut einer Untersuchung der Marktforschungsfirma MarketsandMarkets wird der Markt für Beton aus dem 3-D-Drucker von 24,5 Millionen US-Dollar im Jahr 2015 bis 2021 auf 56,4 Millionen US-Dollar wachsen. Global gesehen ist das immer noch eine verschwindend geringe Summe, doch die Autoren erwarten, dass weltweit vor allem aufgrund der Urbanisierung die Nachfrage nach neuen Baumethoden steige.

Kein Wunder: Da die Bevölkerung generell anwachsen wird, dürfte laut Prognosen auch die Zahl der Bewohner von informellen Siedlungen weiter ansteigen. „Meiner Meinung nach wird sich der 3-D-Druck voraussichtlich nicht flächendeckend im Bauwesen durchsetzen“, sagt Astrid Achatz. „Ich glaube vielmehr, dass er punktuell angewandt werden wird. Da, wo kurzfristig Wohnraum gebraucht wird – etwa zur Errichtung von Flüchtlingsunterkünften. Hier würde das modulare Bauen schnelle und qualitativ hochwertige Lösungen ermöglichen.“

Ein brasilianisches Start-up will mithilfe des 3-D-Drucks beispielsweise die großen Probleme in den Slums angehen. Das erste Projekt soll ein fünfstöckiges Gebäude sein. Die Verarbeitung des Materials im Konstruktionsprozess soll ein digital gesteuerter Roboterarm übernehmen. Die Regierung von Singapur wiederum investierte umgerechnet 150 Millionen Euro für das Forschungszentrum Singapore Centre for 3D Printing. Wie es heißt, plant das Team mit dem 3-D-Drucker die Errichtung einer kompletten Siedlung aus staatlich geförderten Wohnungen des Housing and Development Boards Singapurs. Die ägyptische Regierung will 20.000 Häuser gegen die Wohnungsnot produzieren lassen.

Der kostengünstige und effiziente 3-D-Ansatz könnte also durchaus gesellschaftliche Probleme lösen – wobei die Entwicklung noch lange nicht am Ende zu sein scheint. Der nächste Schritt hält die zunehmende Aufwertung der Häuser bereit, etwa durch eine integrierte Gebäudetechnik wie Lüftung und Elektronik – die beim 3-D-Druck momentan noch im Nachgang von Menschenhand installiert wird. „Die Fraunhofer-Allianz Bau forscht im Zusammenhang mit der Sanierung von Gebäuden bereits in diese Richtung“, sagt Astrid Achatz. „Durch eine solche Integration der Gebäudetechnik in die Module könnten die im 3-D-Druck vorgefertigten Bauteile an Qualität gewinnen und breiter eingesetzt werden.“

Foto: Wenjia Zhang CC BY 2.0

Laut Prognosen wird die Bevölkerung in informellen Siedlungen in Zukunft weiter wachsen. Da liegt auch die Chance des 3-D-Drucks. Mithilfe des modularen Bauens kann kurzfristig und günstig Wohnraum zur Verfügung gestellt werden. Singapur etwa plant den Einsatz der Drucker — momentan werden die Wohnungen aber noch nach klassischer Art gebaut.