Nachhaltigkeit in der Bauindustrie:formvollendet, schnell undressourcenschonend

Technologien von voxeljet erleichtern der Bauindustrie notwendige Anpassungsprozesse an veränderte Rahmenbedingungen. Steigende Rohstoffpreise, fragile Lieferketten, wachsender Zeitdruck und maximale Rücksicht auf die Umwelt:

Auf den unterschiedlichsten Ebenen wird die Bauindustrie mit veränderten Rahmenbedingungen konfrontiert. Die Digitalisierung von Arbeitsabläufen schreitet zwar auch in dieser Branche voran, konzentriert sich bislang aber eher auf Planungs- und Verwaltungsaufgaben denn auf durchgängig datengetriebene Prozesse, vom Entwurf bis hin zum realen Bauelement. Fortschrittlicher 3D-Druck mit Technologien von voxeljet schafft die für zukunftsorientierte Architekturprojekte nötige Basis.

An sich sind es nur einige Tischbeine. Die filigranen, miteinander verwobenen Strukturen könnten das Werk eines Designers sein, inspiriert von den Beobachtungen während eines Spaziergangs im Wald. Damit derart fragil wirkende Konstruktionen nicht unter der Last einer schweren Tischplatte einknicken, braucht es neben künstlerischem Geschick aber auch profunde Kenntnisse der Berechnung statischer Lasten.

Filigranes Möbeldesign als Vorbild für 3D-gedruckte Bauelemente

Realisiert wurde das „AI Table Project“ im Architectural Intelligence Research Lab (AIRLAB), einem Forschungslabor für Design an der Singapore University of Technology. Unter Leitung der Architektur-Professoren Carlos Bañón aus Spanien und Felix Raspall aus Argentinien, widmet sich das AIRLAB der Frage, wie mit technologischer Unterstützung bei minimalem Rohstoffeinsatz leistungsfähige Konstruktionen realisiert werden können. Im Mittelpunkt stehen digitale Design- und Fertigungsmethoden wie Strukturoptimierung und Binder Jetting 3D-Druck, mit deren Hilfe Bañón und Raspall den Gedanken der Nachhaltigkeit in der Welt der Architektur fest verankern wollen. Die mit Unterstützung von voxeljet entstandenen Tischbeine bilden dabei quasi die Blaupause für unterschiedlichste Konstruktions- und Bauvorhaben aller Art und Größe.

„3D-Druck bietet uns die Möglichkeit, aus digital optimierten Strukturen reale Produkte herzustellen, die sich konventionell nur schwierig fertigen lassen."

Carlos Bañón, Co-Founder and Director - AIRLAB – Singapore

„3D-Druck bietet uns die Möglichkeit, aus digital optimierten Strukturen reale Produkte herzustellen“, erklärt Carlos Bañón. „Mit konventionellen Fertigungsprozessen wäre es unmöglich, anhand der von der Software generierten Werte hinsichtlich struktureller Optimierung, Gewichtsreduzierung und hoher Leistung ein real nutzbares Bauelement zu schaffen. Mit fortschrittlichen Technologien zum 3D-Druck ist das hingegen problemlos machbar.“ Und Felix Raspall ergänzt: „In der Architektur beginnt der Designprozess traditionell mit konzeptionellen Skizzen und führt dann hin zu einem hochtechnischen Projekt, an dessen Ende die Produktionsphase steht. Indem wir Algorithmen in die Entwurfsphase und 3D-Druck in die Fertigung einbeziehen, eröffnen wir der Kreativität mit neuen formalen und materiellen Spielräumen ganz andere gestalterische Dimensionen.“

„3D-Druck bringt Nachhaltigkeit in die Welt der Architektur“

Für den Architekten und AIRLAB-Mitbegründer Carlos Bañón steht fest: „Nachhaltigkeit ist die dringlichste Herausforderung dieses Jahrhunderts, und die Bauindustrie spielt dabei allein schon aufgrund ihrer Größe und der Lebensdauer der hervorgebrachten Produkte eine große und wichtige Rolle.“ Bezogen auf den 3D-Druck als Alternative zu konventionellen Fertigungsverfahren, beziffern die Forscher die Potenziale zur Senkung des produktionsbedingten Energieverbrauchs auf vier bis 21 Prozent, wobei die größten Effekte auf den erheblich verringerten Transportaufwand von Rohstoffen zurückzuführen wären. Damit nicht genug, sieht Felix Raspall mit dem 3D-Druck auch eine nie dagewesene Präzision in die Welt der Architektur einziehen: „Der 3D-Druck erfreut sich vor allem in Bereichen großer Beliebtheit, in denen es wie in der Medizintechnik oder der Raumfahrt um höchste Präzision auf der Ebene von Bruchteilen eines Millimeters geht. In der Architektur kommt es bislang eher selten auf solche Genauigkeiten an, in Zukunft könnten die im 3D-Druck erzielbaren Ergebnisse aber ungeahnte neue Entwürfe mit sich bringen.“

3D gedrucktes PMMA-Modell für Feinguss von Tischbeinen

3D gedruckte Modelle von voxeljet für Kustfeinguss

Und jetzt: größer denken!

Das AI Table Project ist ein Möbelprojekt. Und während die Beine aufgrund ihrer Größe für die meisten direkten Metall-3D-Druck-Technologien ungeeignet sind, kann die Bedeutung und das, wofür die sie eigentlich stehen, sehr wohl skaliert werden. Mehr Nachhaltigkeit in der Architektur. „Der AI Table hat ein funktionales Design, das in der Lage ist, die geforderten Lasten zu übertragen. Es ist eine Demonstration, dass Design, Optimierung und Fertigungstechnologien kreativ und funktional eingesetzt werden können“, erklärt Bañón. „Angesichts der aktuellen Trends, wie dem demografischen Wandel und der Ressourcenknappheit, brauchen wir kreative Lösungen, um die Herausforderungen der Zukunft zu meistern. Bei AIRLAB beschäftigen wir uns mit digitalen Technologien, um Entwürfe zu realisieren, bei denen der Materialeinsatz durch strukturelle Optimierung auf das Wesentliche reduziert wird. Und wenn man ein ganzes Gebäude betrachtet, gibt es viele Möglichkeiten, die herrschenden Paradigmen der Architektur in Frage zu stellen.“

„In Zukunft könnten die im 3D-Druck erzielbaren Ergebnisse ungeahnte neue Entwürfe mit sich bringen.“"

Felix Raspall, Co-Founder and Director - AIRLAB – Chile

Zum Beispiel haben 3D-gedruckte Schalungselemente für den Betonguss ihren Nutzen bereits auf verschiedenen Baustellen bewiesen. In traditionellen Gebäuden gehen fast 80 Prozent des verwendeten Materials auf das Konto von Deckenkonstruktionen. Durch die Kombination von KI-Software, 3D-Sanddruck und Betonguss könnte auch dieser Materialverbrauch sehr effektiv gesenkt werden. Es gibt viel Raum für Verbesserungen, und genau das ist das Ziel von Carlos Bañón und Felix Raspall. Nachdem die beiden Architekturprofessoren im Rahmen ihrer Arbeit bereits verschiedene 3D-Drucktechnologien ausprobiert hatten, kamen sie zum ersten Mal mit dem von voxeljet entwickelten Verfahren zur Herstellung von Feingussmodellen für das KI-Tisch-Projekt in Kontakt. Nun arbeiten sie bereits an ihrem nächsten Projekt, das wenig mit polierter Bronze, sondern eher mit massivem Betonguss zu tun hat.

Weitere Case Studies