Wie aus einem Guss: Das Haus aus dem 3D-Drucker

Die Zukunft im Bau kommt aus dem Drucker. Mit Projekten in Deutschland, den USA, Mexiko und auch auf dem afrikanischen Kontinent entstehen innerhalb von einigen Tagen ganze Wohnsiedlungen. Mit dem 3D-Drucker werden diese Häuser quasi aus einem Guss hergestellt. Der Haken an der Sache ist derzeit allerdings die Nachhaltigkeit dieser Projekte, denn die Objekte werden mit Beton-Tinte gedruckt. Und diese hat bekanntlich keinen guten CO2-Abdruck. Die Kosten für ein Haus sind dabei vergleichbar mit denen der herkömmlichen Bauweise.

Das größte dieser bisher gebauten Häuser in Europa ist ein Rechenzentrum in Heidelberg. Es ist 53 Meter lang, elf Meter breit und neun Meter in der Höhe und wurde in gerade einmal 140 Stunden erstellt. In Kenia entsteht gerade eine ganze Siedlung aus dem 3D-Drucker, die Mvule Gardens. Das Architektenstudio MASS Design Group mit Sitz in den USA und Mexiko hat das Konzept der 52 Einfamilienhäuser entworfen.

Dahinter steht das Unternehmen 14Trees, welches in Lilongwe, Malawi, das erste Haus aus dem 3D-Drucker erstellte. Zudem wurde ebenfalls in Malawi in der Stadt Salima eine Schule gedruckt. Auch in Madagaskar wurde so eine Schule Schicht für Schicht gegossen.

Das Joint Venture zwischen Holcim, dem Weltmarktführer für innovative und nachhaltige Baulösungen, British International Investment (BII), dem britischen Entwicklungsfinanzierungsinstitut und Impact Investor, und dem Climate Pledge Fund von Amazon wurde in Afrika gegründet. Erklärtes Ziel ist es, effizienter nachhaltigen und kostengünstigen Wohnraum für den Privatsektor zu schaffen. Aber auch im öffentlichen Sektor werden Projekte in Angriff genommen.

Aber wie funktioniert das Ganze?

Als Baustoff wird ein Betongemisch verwendet – teils auch in der feinkörnigeren Variante Zementmörtel. Dieses wird dann mittels Druckdüsen als feine Betonlinien in die vorher am Computer erstellte Vorgabe aufgetragen. Nach und nach türmen sich diese dann zu Wänden auf. Der Beton ist schnelltrocknend, so dass er nicht zerfließen kann und die vorgegebene Form behält. Meist drehen sich die Druckdüsen dabei um eine einzige Achse, sodass die Linien ausschließlich kreisförmig verlaufen können. Der Drucker an sich ist dabei in ein Gerüst eingespannt und kann sich vor, zurück und seitwärts bewegen. Für die Erstellung dieser Gebäude werden pro Quadratmeter Druck circa fünf Minuten benötigt.

Dabei unterscheidet sich das „typische“ 3D-Haus von dem herkömmlich gebauten durch die Grundform, die rundliche Grundflächen aufweist. Zudem sind die Drucklinien von außen deutlich erkennbar. Wer eine eckige Form bevorzugt muss zweiachsige Varianten nutzen, die in der Anwendung komplexer und zeitintensiver sind. Dabei erinnert eine 3D-Druck-Baustelle an die der Fertigbauweise. Mittlerweile sind sogar Kellerbauten und mehrstöckige Häuser druckbar.

Ein wesentlicher Unterschied zur herkömmlichen Art ist die Anzahl der Beschäftigten auf der Baustelle, denn es werden nur drei bis vier Mitarbeiter benötigt. Somit ändern sich auch die Anforderungen an die Arbeiter vor Ort – Statt Spachtel oder Kelle, ein Laptop.

Und die Umweltverträglichkeit?

Natürlich hat das verwendete Baumaterial Beton keinen guten CO2-Fußabdruck. Die gute Nachricht ist, dass der verwendete Spezial-Beton eine deutlich kleinere CO2-Bilanz habe und recyclebar sei. Es gibt auch erste Modellhäuser, bei denen auf ökologischere Materialien wie zum Beispiel Pflanzenöl gesetzt wurde – aber bisher überwiegen im Einsatz eindeutig die Vorteile des Betons, unter anderem sein verlässlicher Brand- und Schallschutz.

Hans-Jörg Kraus, geschäftsführender Gesellschafter der KrausGruppe, der das Rechenzentrum in Heidelberg in Auftrag gegeben hat, unterstreicht hierzu eine Vision für die Zukunft wie folgt, „dass wir in einigen Jahren dieses Gebäude wieder abreißen, schreddern, recyceln und mit erneuerbaren Energien ein neues Gebäude drucken können." Derzeit wird im Bereich der Umweltverträglichkeit intensiv geforscht.

Die Nachteile beim Beton-Druck sind eindeutig in der Materialbeschaffung zu sehen. So wird kein herkömmlicher Zement sondern eine Spezialvariante benötigt. Bei dem Rechenzentrum-Projekt in Heidelberg wurde dieser Zement speziell entwickelt. Hierbei ist es wichtig, dass der Baustoff gut pumpbar und ausstoßbar sein muss. Es handelt sich also noch nicht um ein Standardmaterial, welches vielerorts verfügbar ist und weite Wege zurücklegt.

Die Planung

Die Vorlage für den Bau wird am Computer erstellt. Dieses kann auch als Modell in klein ausgedruckt werden. Das ist wichtig bei der Planung, denn ein weiterer Vorteil ist, dass die notwendigen Aussparungen für Kabel- und Rohrschächte aber auch Steckdosen usw. gleich beim Drucken mitberücksichtigt werden. Das erspart später zum Beispiel unnötiges Bohren für Steckdosenaussparungen oder Auffstemmen von Wänden, um Kabel zu verlegen. Am Modell kann also noch viel für den späteren Bau simuliert werden. Die fertige Computervorlage ist gleichzeitig auch diejenige für den 3D-Druck.

Beim eigentlichen Druck des Entwurfs fügt die Maschine Aussparungen für Fenster, Türen und Steckdosen sowie Hohlräume für Dämm-Material oder Versorgungsleitungen dann hinzu. Die Vielfalt der Gestaltungsmöglichkeiten ist hierbei immens, denn zum Beispiel Waschbecken oder Badewannen könnten gleich mit integriert werden.

Die Vorteile und Nachteile

Ein besonderer Vorteil sind die Materialkosten, da deutlich weniger Abfall anfällt. Dies begründet sich in der Effizienz der Maschinen, die kein Material verschwenden. Auch sind keine Verschalungen nötig die später entsorgt werden müssen. Laut einer Studie der TU Dresden sind etwa 35 Prozent Rohbaukosten. Ein weiterer Kostenfaktor sind die Bauzeiten – schnelleres Bauen, weniger Personal, geringere Lohnkosten.

Ein weiteres Argument für den Gebäudedruck ist die mögliche Massenproduktion. Gerade dies ist für den afrikanischen Kontinent von großer Bedeutung, da man davon ausgeht das es an 50 Millionen Häusern auf dem Kontinent fehlt.

Neben den nur wenigen Unternehmen, die den Hausdruck-Bau anbieten, ist ein weiterer Nachteil, dass diese Methode noch in den Kinderschuhen steckt. Zudem sind nachträgliche Änderungen kaum umsetzbar. Auch ist ein neues Anforderungsprofil an die Arbeiter auf der Baustelle notwendig. Diese müssen nun den Bau überwachen und nicht mehr Hand anlegen. Weiterhin ist das Material bisher noch nicht so umweltverträglich wie von Nöten. Hinzu kommt, dass der 3d-Druck flächenintensiv ist, denn der Drucker braucht einiges an Platz, was zum Beispiel in Innenstädten ein Problem darstellt.

Was bring die Zukunft?

Je fortschrittlicher die Technologie wird und je günstiger damit der Bau, desto häufiger wird der ein oder andere die Option des Hausbaus als Alternative sehen. Auf dem afrikanischen Kontinent, haben schon einige von dieser Bauvariante profitiert und weitere Projekte werden folgen. Zumal Zeit ein wichtiger Faktor ist

Laut Robert Jahn von der Technischen Uni Dresden wird der Betondruck noch nicht so schnell zum Alltag im Baugewerbe werden. Es sieht vor allem ein Problem mit der Umsetzung, denn die derzeit eingesetzten Portal-Anlagen sind noch sehr groß. Auch ist die Frage, ob die benötigten vielgeschossigen Gebäude überhaupt mit dieser Technologie erstellt werden können. „Grundsätzlich denke ich, dass der Beton-3D-Druck in naher Zukunft eher für Prestige-Objekte zum Einsatz kommen wird“, sagt Jahn.

Aber es ist einiges in Bewegung auf dem Sektor des Baudrucks und die Forschung arbeitet an Lösungen sowohl auf dem Feld der Technologie als auch bei den Baumaterialien. Hans-Jörg Kraus sieht für die Momentaufnahme auch erstmal den Nachteil und erläutert, „Dass wir noch keine Erfahrungen damit haben. Das heißt, wir wissen gar nicht, was in den nächsten Jahren vielleicht noch auf uns zukommt.“ Er ist sich aber sicher, „auch dafür wird es dann wieder Lösungen geben.“

Olaf Mueller

Quellen: 14Trees, Von Poll Real Estate, tagesschau.de, Westdeutsche Rundfunk, Das Erste (ARD), GIRA, Garten Landschaft, DasHaus