Neue Technologie: Häuser aus dem Drucker

3D-Druck gegen Wohnungsmangel?

Obwohl in Deutschland so viele Wohnungen gebaut werden, wie seit der Jahrhundertwende nicht mehr, wird der Wohnraum in vielen Städten immer knapper. Die Mieten explodieren, Kaufpreise steigen. Die Lösung könnten ganz neue Technologien sein, z. B. der Hausbau per Drucker.

Ein Haus wie gemalt, äh gedruckt. (Visualisierung) Quelle: contourcrafting.com
Ein Haus wie gemalt, äh gedruckt. (Visualisierung) Quelle: contourcrafting.com

Mit der Entwicklung der 3D-Drucker ist es möglich, räumliche Gestände zu drucken. Dabei wird das gewünschte Objekt schichtweise aufgebaut. Anfänglich nutzte man Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle, d.h., alle Materialien, die von einer flüssigen in eine feste Form gebracht werden konnten. Die Einsatzgebiete beschränkten sich lange Zeit auf Industrie, Forschung und Kunst.

Hausbau per 3D-Drucker

Mittlerweile ist die technische Entwicklung soweit fortgeschritten, dass es passende Maschinen gibt, um ganze Häuser drucken zu können. Dieses Verfahren nennt sich Contour Crafting.

Nachdem das Haus am Computer entworfen wurde, werden die Daten an einen vollautomatischen Portalroboter weitergeleitet – umgangssprachlich 3D-Drucker genannt. Die ersten Roboter sind für eine Reichweite von 7 bis 12 Meter konzipiert. Über Behälter werden schnell härtender Spezialbeton und normaler Beton zugeführt. Der Roboter gießt zunächst Schicht für Schicht den Rahmen mit dem Spezialbeton. Die computergesteuerte Spritzdüse legt dünne Spuren des Betons auf den Untergrund. Anschließend wird der Rahmen mit normalem Beton gefüllt.

Es können auch Stahlgerüste oder ähnliches eingebracht werden. Das Ergebnis ist ein Rohbau, am Computer geplant.

Gedruckte Häuser in den USA

Die Technologie wird vom US-Unternehmen Contour Crafting Corporation vorangetrieben. 2018 sollen mobile 3D-Drucker verfügbar sein, mit denen die Wände eines Gebäudes herstellbar sind. Bis dahin ist die Serienreife der Drucker geplant. Ihr Gewicht wird mit ca. 360 Kilogramm leicht genug sein, um die Drucker mit einem Kleintransporter zur Baustelle zu fahren – sofern sie nicht durch ihre Abmessungen zu sperrig sind.

Im Hinblick auf den zu erwartenden Erfolg der Technologie hat sich der Schalungshersteller Doka Ventures mit 30 Prozent am Unternehmen Contour Crafting Corporation beteiligt.

Rohbau in Windeseile

Die Fertigstellung eines Rohbaus ist mit 3D-Druckern innerhalb weniger Tage oder sogar Stunden durchführbar. Die mögliche Zeitersparnis wäre immens. Gegenwärtig müssen beim Bau eines massiven Hauses allein für die Errichtung der Bodenplatte zehn Tage eingeplant werden. Für einen gemauerten Rohbau sind noch einmal drei Wochen fällig.

Der Betrieb eines Druckroboters ist mit zwei Beschäftigten durchführbar. Sie sind für den Auf- und Abbau der Anlage verantwortlich, überwachen den Druckprozess und das Nachfüllen der Materialien.

Erstes bewohnbares 3D-Haus in der Nähe von Moskau

Während man bei der Contour Crafting Corporation auf ein Verfahren setzt, bei dem der Gießroboter an einem Portalhubwagen befestigt ist und das Material per Überfahrt auf den Grundriss gießt, steht bei Apis Cor, einem russischen Unternehmen, der Roboter innerhalb des Grundrisses. Der Roboter wird nach Abschluss seiner Arbeit per Kran aus dem fertigen Gebäude gehoben.

Auf diesem Weg ist es dem Unternehmen gelungen, das vermutlich erste bewohnbare Haus zu drucken. In der Nähe von Moskau wurde das 38-Quadratmeter-Häuschen samt Küche, Bad, Diele und Wohnzimmer innerhalb eines Tages gedruckt – bei teilweise minus 35 Grad Celsius. Das kleine Haus kostet mit Möbeln nur 9.500 Euro. Für diesen Betrag erhält man in Deutschland nicht einmal eine ausgebaute Gartenlaube.

Bemerkenswert bei beiden Methoden: es werden nicht mehr nur Bauteile hergestellt, sondern komplette Objekte gedruckt.

Bezugsfertig im Schnellverfahren

Wenn diese Verfahren wie geplant funktionieren, werden sie die Art und Weise des Hausbaus revolutionieren – Kosten und Bauzeiten dürften drastisch sinken.

Besonders für die öffentliche Hand können diese schnell und preiswert gebauten Häuser interessant sein. In den vergangenen Jahren wurde in Deutschland der Neubau durch hohe Baukosten immer teurer. So rechnet man hier mit einem Quadratmeterpreis von ca. 1.500 Euro für den Roh- und Ausbau. Apis Cor setzt dagegen 260 Euro an.

Sollten sich die Baukosten so deutlich reduzieren lassen, wäre auch wieder sozialer Wohnungsbau möglich. Dann könnte man die Einstiegsmieten massiv senken, und es würde wieder Bewegung in den Wohnungsmarkt kommen. Im Moment fehlt es vor allen Dingen in den großen Städten an preiswerten Wohnungen, um den Kostenanstieg bei Miet- und Eigentumswohnungen zu beenden.

Auch im Fall des Wohnungsverlusts nach einer Naturkatastrophe, wie z. B. bei den Erdbeben 2016 in Mittelitalien oder 2010 auf Haiti, könnten die gedruckten Häuser kurzfristig Abhilfe schaffen. Auf der Karibikinsel wurden auf einen Schlag 1,3 Millionen Einwohner obdachlos, und es standen nicht genügend Notquartiere zur Verfügung.

Auf der zweiten Seite des Artikels "3D-Druck gegen Wohnungsmangel?" lesen Sie:
Alternative Methoden in den Startlöchern
China als Vorreiter
Grenzen und Hindernisse
Machbarkeitsstudie der TU Dresden und ein Fazit

Grenzen und Hindernisse

Im Moment sind die Maße der Häuser noch durch die Größe des Druckers beschränkt. Das Haus kann maximal nur so breit und hoch sein, wie es der Drucker erlaubt. Armierungsstahl und die Wandfüllung müssen in Handarbeit zugeführt werden.

Eng könnte es bei den Gewerken werden, die auf den Rohbau folgen. So bleiben der Bau des Dachs und der Innenausbau Aufgaben für die Fachleute. Diese Arbeiten müssen auf dem herkömmlichen Weg bewältigt werden. Und auch die Planung des Hauses inklusive der Berechnung der Statik muss von Spezialisten übernommen werden.

China als Vorreiter

In der chinesischen Stadt Suzhou entstand auf einem Industriegelände sogar eine Kleinstadt per 3D-Druck. Verantwortlich ist die Baugesellschaft Winsu. In Suzhou wurden mehr als zehn Gebäude gedruckt, von der Villa bis zum Mehrfamilienhaus. Beim verwendeten Material handelt es sich um Zement und Bauschutt. Offen bleibt, ob diese Häuser wirklich so dauerhaft sind, dass sie den schwierigen klimatischen Bedingungen Chinas entsprechen und der Einsatz der 3D-Technologie auch unter widrigen Bedingungen möglich ist.

Alternative Methoden in den Startlöchern

Die Bauindustrie wird immer dann hellhörig, wenn die Weiterentwicklung von Bauverfahren eine Einsparung von Zeit und Geld ermöglichen. Hier gibt es einige Ansätze, die aktuell verfolgt werden. Oft sind Lehrinstitute dabei sehr umtriebig.

So arbeitet das Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien an einer Baumethode namens Pneumatic Forming of Hardened Concrete (PFHC). Dabei handelt es sich um eine kostengünstige und ressourcenschonende Alternative, welche die Schalung für Kuppelbauten überflüssig macht. Mit Hilfe von Luftkissen und Spannkabeln wird eine ebene, vollkommen ausgehärtete Betonplatte zu einer zweifach gekrümmten Betonschale verformt.

Luftkissen erspart Schalung und Bewehrungsstahl

Die Baumethode funktioniert ganz einfach: Eine Platte mit keilförmigen Aussparungen wird am Boden geschalt und mit Beton ausgegossen. Dabei ist die exakte geometrische Form der Platte entscheidend für die spätere Form der Betonkuppel. Anschließend wird diese zu einer zweifach gekrümmten Betonkuppel verformt, indem ein darunterliegendes Luftkissen aufgeblasen wird. Am Umfang angeordnete Spannkabel werden mithilfe von hydraulischen Pressen gespannt, um die entstehende Kuppel zu stabilisieren. Auf diese Weise können rund 50 Prozent des Betons und 65 Prozent des benötigten Bewehrungsstahls einspart werden.

Machbarkeitsstudie der TU Dresden

In Dresden wird dieses Verfahren auf die Anwendbarkeit in Deutschland geprüft: Lässt sich das schalungsfreie Formungssystem für Beton einsetzen? Gleichzeitig sollen damit die Arbeitsproduktivität erhöht werden. Denn im herkömmlichen Bauprozess ist die Schalung nur ein Wegwerfprodukt. Auch hohe Personalkosten durch aufwendige Gerüst- und Schalungsarbeiten. Könnten durch den 3D-Druck mit Beton überwunden werden.

Fazit

Ob dieses neue Verfahren auch in Deutschland Bewegung in die Baubranche bringt, bleibt abzuwarten. Skeptisch äußerte sich Thomas Bolte von der Deutschen Fertighaus Holding AG (DFH) im Oktober 2015: "Hierzulande gelten strenge Vorschriften und Normen für Neubauten. Wer etwa die hohen und stetig verschärften energetischen Standards nicht erfüllt, erhält keine Baugenehmigung. Vor diesem Hintergrund ist bei dem Thema Häuserdruck Skepsis angebracht." (Die Welt 09.10.2015)

UPDATE, 17.06.2021

In Arizona, USA wurde jetzt das erste Wohnhaus in 3D-Druck-Verfahren realisiert. Die Firma Peri druckt in Tempe ein eingeschossiges Einfamilienhaus mit ca. 160 qm Wohnfläche. Für die reine Druckzeit sind rund zwei Wochen angesetzt. Nach heutigen Planungen wird das Haus im August/September 2021 bezugsfertig sein. Zuvor hatte Peri zwei Druckprojekte in Deutschland erfolgreich durchgeführt: in Beckum (Nordrhein-Westfalen) und Wallenhausen (Bayern).

Quelle: HUSS-Medien Onlineredaktion

Weitere Infos, Link und YouTube-Videos:

Verfahren Contour Crafting
Firma Apis Cor

Statistik:
Sieben Prozent aller Unternehmen mit mehr als zehn Beschäftigten setzen laut Statistischem Bundesamt 3D-Drucker ein. Bei größeren Unternehmen ist die Technologie deutlich häufiger im Einsatz als bei kleineren, wie die Statista-Grafik zeigt. "Am weitesten verbreitet ist der Gebrauch der Druckerzeugnisse für Prototypen oder Modelle zur internen Verwendung."

Infografik: So verbreitet sind Roboter und 3D-Drucker | Statista Mehr Infografiken finden Sie bei Statista

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