Contour Crafting: 3D-Druck in Beton

Contour Crafting bezeichnet eine spezielle Form des 3D-Betondrucks. Dabei wird mittels einer an einem Gantrykran befestigten Extruderdüse eine Betonmischung aufgebracht. Der Kran bzw. die Extruderdüse fährt einen digitalen Grundriss des Bauobjektes ab und legt – in gewissem Maße ähnlich wie beim FDM-Verfahren – Betonschichten aufeinander. Wichtig zu erwähnen ist, dass der Begriff Contour Crafting von der Contour Crafting Corporation geschützt ist. Das von Behrokh Khoshnevis gegründete Unternehmen begann 2008 mit der Forschung an direktem Beton-3D-Druck mittels Extruder. Auch andere führende Hersteller, insbesondere aus der Branche der Betonschalungen, widmen sich der Entwicklung des 3D-Betondrucks, darunter Firmen wie Doka oder Peri.

Wie bei allen 3D-Druckverfahren bilden CAD-Daten die Basis des Druckprozesses. Diese am Computer generierten Daten werden in den 3D-Drucker eingespeist. Die meisten Beton-3D-Drucker arbeiten mit einem vergleichbaren Ansatz: Mittels einer an verfahrbaren Achsen befestigten Düse werden Schichten von Beton aufeinandergelegt. Dabei fährt der Drucker bzw. die Düse den Grundriss Schicht für Schicht ab und zieht so sowohl die Innen- als auch die Außenwände in die Höhe. Aussparungen für Fenster- und Türrahmen sind oftmals bereits im digitalen Grundriss abgebildet und werden entsprechend auch von dem Drucker freigehalten. Als Material kommen häufig schnellaushärtende Sonderbetone zum Einsatz. Ultra High Performance Concrete (UHCP-Beton), zeichnet sich durch eine hohe Widerstandskraft gegen physische oder chemische Einwirkungen aus und härtet dazu auch besonders schnell aus. So wird ein kontinuierlicher und unterbrechungsfreier 3D-Druck ermöglicht.

Die Beton-3D-Drucktechnologie eignet sich ideal für den schnellen Aufbau von Häusern oder Lagerstätten. Noch ist sie im Entwicklungsstadium, und es gibt nur wenige 3D-gedruckte Häuser. Doch die Bauindustrie arbeitet fleißig an diesem Fertigungsverfahren weiter. Sollte die Technologie ausreifen und sich als effektiv und effizient erweisen, könnte es in wenigen Jahren schon so weit sein, dass sich mehr und mehr Menschen ihr eigenes Haus in 3D drucken können.

Der Beton-3D-Druck bringt entscheidende Vorteile mit sich: Zeit- und Kosteneinsparungen. Anders als beim konventionellen Hausbau bedarf es beim Contour Crafting keiner Schalungen, um Betonwände zu gießen. Arbeitsschritte wie der Aufbau von Schalungen und das Auslegen von Bewährungen entfallen. Der Hausbau mittels 3D-Drucker erfordert demnach nur wenige Arbeitskräfte. Entsprechend sinken auch die Kosten: Wenn lediglich der Drucker arbeiten muss, lassen sich freigesetzte Ressourcen anderweitig einsetzen. Material- und Arbeitskosten werden reduziert, und der Abschluss des Projektes beschleunigt sich insgesamt. Besonders zum Tragen kommen kann die Beton-3D-Drucktechnologie beispielsweise nach Naturkatastrophen, wenn viele Obdachmöglichkeiten schnell wieder hergestellt werden müssen.

Die Baubranche sieht sich mit vielen Herausforderungen konfrontiert, darunter der schonende Umgang mit begrenzten Ressourcen, eine kontinuierlich wachsende Weltbevölkerung, steigende Materialkosten und der Bedarf an bezahlbarem Wohnraum. Hier kann der 3D-Betondruck Abhilfe schaffen. Mit entsprechenden Softwarelösungen lassen sich Gebäude so planen, dass nur exakt so viel Material verbraucht wird wie nötig. Darüber hinaus kann mittels Beton-3D-Druck schnell und kosteneffizient neuer Wohnraum geschaffen werden, auch nach Naturkatastrophen oder in anderen humanitären Krisen. Diese Möglichkeiten machen den Beton-3D-Druck für die Bauindustrie interessant und zu einem zukunftsträchtigen Technologieansatz.

Wir bei voxeljet setzen (noch) keine Form des Beton-3D-Drucks ein. Zwar erlaubt uns unsere Binder-Jetting-Technologie auch den direkten 3D-Druck von Beton, doch befinden sich Projekte in dieser Richtung noch im Forschungsstatus. Die Machbarkeit ist allerdings gegeben: Statt Sand oder Kunststoff können wir Zement- bzw. Betonpulver mittels Recoater auf die Bauplattform auftragen und über unseren Druckkopf einen speziellen wasserbasierten Binder verdrucken. Anwendungsmöglichkeiten könnten zum Beispiel integrale Schalungen für den Betonguss sein.

Das erste 3D-gedruckte Wohnhaus in Deutschland stammt von dem auf Schalungen spezialisierten Unternehmen Peri. Das Demonstrationsobjekt wird insbesondere zu Show zwecken eingesetzt, um dem Markt die Technologie näherzubringen.

Wir bei voxeljet setzen auf die Kombination von 3D-Druck und konventionellem Schalungsbau. Mit unserer Binder-Jetting-Technologie können wir hochkomplexe Schalungselemente drucken, die sich – sofern entsprechend nachbearbeitet – wie konventionelle Schalungselemente auf der Baustelle einsetzen lassen. Dieser Technologieansatz zeichnet sich vor allem durch seine Möglichkeiten zur Materialeinsparung sowie die Umsetzbarkeit von komplexen mehrfach gekrümmten Objekten mittels Spezialschalung aus.