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3D-gedruckte Gebäude haben großes Potenzial. Doch teures, wenig nachhaltiges Material und fehlende Grundlagen für statische Berechnungen bremsen den Durchbruch. Zwei Professoren der Hochschule München haben sich mit dem Forschungsprojekt Innobau 3D genau dieser Herausforderung gestellt und wichtige Grundlagen für die Marktreife geschaffen.
Ein ganzes Haus aus dem 3D-Drucker? Das geht! Und zwar in kurzer Bauzeit, mit wenig Personalbedarf und in Formen, die konventionelle Bauverfahren kaum erlauben. In Deutschland befinden sich 3D-gedruckte Gebäude in der Übergangsphase von Pilotprojekten zur Marktreife, erste Wohn- und Industriebauten wurden in den vergangenen fünf Jahren realisiert. „Additives Bauen hat Zukunft“, sagt Professor Jörg Jungwirth von der Hochschule München. Er und sein Kollege Professor Thorsten Stengel, beide von der Fakultät für Bauingenieurwesen, haben dafür das Forschungsprojekt Innobau 3D ins Leben gerufen, gefördert vom Bayerischen Wirtschaftsministerium mit über 450.000 Euro.
Knackpunkte: Teurer Mörtel und ungewisse Statik
„Der 3D-Druck bietet große Potenziale für das Bauwesen, steht aber vor erheblichen Herausforderungen, die einer flächendeckenden Anwendung im Weg stehen“, erklärt Jungwirth. Eine davon ist das Material: eine spezielle Beton- bzw. Mörtelmischung, die gut druckbar sein muss, aber nach dem Druck sehr schnell aushärtet. „Dieser zähflüssige Feinmörtel ist in der Herstellung teuer und wenig nachhaltig – er hat eine ungünstige CO2-Bilanz“, so Stengel. Jungwirth ergänzt: „Der zweite große Knackpunkt im 3D-Bau sind die fehlenden Berechnungsgrundlagen zur Tragfähigkeit gedruckter Bauteile. Die Statik lässt sich damit nicht berechnen, jedes Projekt benötigt eine aufwendige vorhabenbezogene Bauartgenehmigung.“
Forschung zu Recyclingkörnung und Tragverhalten
Genau hier setzt Innobau 3D an: Stengel entwickelte gemeinsam mit wissenschaftlichen Mitarbeitenden neue Druckmaterialien auf Basis regional verfügbarer Ausgangsstoffe. „Konkret experimentierten wir mit recycelter Gesteinskörnung aus Abrissbauten als lokal verfügbare, nachhaltige Ressource“, so Stengel. Herausfordernd war das Wassersaugverhalten des porösen, recycelten Materials, das mal besser, mal schlechter druckbar war.
Parallel stellte Jungwirth Probekörper zur Ermittlung von Festigkeitskennwerten für die statischen Berechnungen her. Durch Festlegung von Abmessungen, Lagerungsbedingungen und einwirkenden Kräften ließ sich das Tragverhalten modellieren. Eine statische Berechnung von 3D-Bauten wurde damit erstmals möglich.
Pavillon als Praxistest
Die Forschungsergebnisse flossen in einen Prototyp ein: einen kleinen Pavillon vor dem Hochschulgebäude in der Karlstraße. „Gemeinsam mit unseren zwei Partnern aus der Wirtschaft fertigten wir Wände und Dach – die Wände im Extrusionsdruck, bei dem flüssiges Material Schicht für Schicht als kontinuierlicher Strang aufgetragen wird, das Dach im Partikelbettdruck, bei dem Granulat lagenweise aufgeschüttet und gezielt verfestigt wird“, erklärt Jungwirth.
Der Praxistest ist geglückt, das Forschungsprojekt damit formal abgeschlossen, aber laut Jungwirth „noch lange nicht am Ende“: Für den Druckbaustoff und die Optimierung der Berechnungsformeln sind bereits neue Forschungsvorhaben in Vorbereitung. Die Hochschule München arbeitet daran, das additive Bauen mit all seinen Vorteilen – Geschwindigkeit, Effizienz und gestalterische Freiheit – in die breite Praxis zu bringen.
Prof. Dr. Jörg Jungwirth
E-Mail: joerg.jungwirth@hm.edu
DOI: 10.1007/978-3-031-32511-3_22
DOI: 10.1007/978-3-031-80724-4_52
Die HM-Professoren Thorsten Stengel und Jörg Jungwirth präsentieren ihren 3D-gedruckten Beton-Pavill ...
Copyright: HM
Prof. Dr. Jörg Jungwirth und Prof. Dr. Thorsten Stengel (v.l.) erforschen das Potential von recycelt ...
Copyright: HM
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Students
Construction / architecture
transregional, national
Research results
German
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