3D-Betondruck 8 Gründe, warum 3D-gedruckte Häuser das nächste große Ding sind

Redakteur: Stefan Guggenberger

Sie haben schon davon gehört, aber was ist das wirkliche Potenzial von 3D-gedruckten Häusern? Erfahren Sie, warum diese Technologie das Gesicht des Bauwesens verändern wird.

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3D-gedruckte Häuser sind keine Zukunftsmusik, sondern längst Realität. Wieso bald auch in ihrer Nähe ein additiv erzeugtes Gebäude stehen wird, haben wir zusammengefasst.
3D-gedruckte Häuser sind keine Zukunftsmusik, sondern längst Realität. Wieso bald auch in ihrer Nähe ein additiv erzeugtes Gebäude stehen wird, haben wir zusammengefasst.
(Bild: Icon)

Der 3D-Druck hat sich längst von seinen anfänglichen Anwendungen für das Rapid Prototyping zu einem vollwertigen Fertigungsverfahren entwickelt. In der Industrie als additive Fertigung bekannt, werden 3D-Druckverfahren für die Herstellung einer immer größeren Bandbreite von Dingen eingesetzt, von Zahnimplantaten bis hin zu Teilen für Flugzeugtriebwerke. So war es nur eine Frage der Zeit, bis dieses Verfahren auch in der Bauindustrie Einzug hält.

Einfach ausgedrückt, werden 3D-gedruckte Häuser durch schichtweises Auftragen von Material gebaut. Ein pastenartiges Betongemisch wird durch eine Düse extrudiert, die von einem riesigen Drucker geführt wird, wodurch die Wände Schicht für Schicht von unten nach oben entstehen.

Das klingt zunächst nicht kompliziert, und das ist es auch nicht. Die Auswirkungen eines solchen Bauprozesses sind jedoch immens. Obwohl sie sich noch in einem sehr frühen Stadium befinden, haben additive Bauverfahren bereits vielversprechende Ergebnisse gezeigt und schnell die Aufmerksamkeit der Medien auf sich gezogen.

Die Frage ist: Ist der Hype um den 3D-Druck im Bauwesen wirklich verdient? In diesem Artikel tauchen wir tief in das Thema ein und zeigen, warum wir glauben, dass 3D-gedruckte Häuser das nächste große Ding sein könnten.

1. 3D-Druck beschleunigt den Bauprozess

Der 3D-Druck eines Hauses ist im Vergleich zu traditionellen Baumethoden deutlich schneller. Während der tatsächliche Zeitrahmen weitgehend von der Projektgröße abhängt, dauert der Bau in den meisten Fällen nur wenige Tage.

Das erste 3D-gedruckte Mehrfamilienhaus Europas in Wallenhausen wird fünf Wohnungen auf drei Stockwerken bieten.
Das erste 3D-gedruckte Mehrfamilienhaus Europas in Wallenhausen wird fünf Wohnungen auf drei Stockwerken bieten.
(Bild: Peri)

Nehmen Sie zum Beispiel das erste vollständig genehmigte 3D-gedruckte Haus in Amerika, das von der Baufirma Icon für die gemeinnützige Organisation New Story im Jahr 2018 gebaut wurde. Das 33-Quadratmeter-Gebäude in Texas benötigte rund 47 Stunden Druckzeit, verteilt auf mehrere Tage.

Nur zwei Jahre später hat ein anderes amerikanisches Unternehmen ein massives 177-Quadratmeter-Haus in nur 8 Tagen gebaut, das insgesamt nur 48 Stunden Druckzeit benötigte. Dabei hat der 3D-Betondrucker das Fundament sowie die Außen- und Innenwände erzeugt.

Laut SQ4D, dem Unternehmen, das für das Projekt verantwortlich ist, ist das eine Reduzierung von 40 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Bautechniken. Auch wenn es auf den ersten Blick nicht viel erscheint, handelt es sich beim 3D-Druck im Bauwesen immer noch um eine sich entwickelnde Technologie, die noch nicht ausgereift ist, so dass sich die Bauzeiten wahrscheinlich noch weiter reduzieren werden. Einer der aktuell schnellsten 3D-Betondrucker ist der Bod2 von Cobod. Dieser druckt mit einer Aufbaurate von 1 m/s und brauch für 1 qm doppelschalige Wand etwa fünf Minuten. Mit dem Bod2 wurde bereits 2020 ein dreistöckiges Mehrfamilienhaus mit insgesamt 380 qm in Bayern errichtet.

Der Bod2 3D-Betondrucker im Einsatz:

2. Weniger menschliche Arbeitskraft

3D-Druck-Baustellen erfordern weniger Arbeitskräfte als herkömmliche Baustellen, da die Druckausrüstung den größten Teil der Arbeit übernimmt.

Im Allgemeinen erfordert eine traditionelle Baustelle viele Arbeitsschritte, einschließlich einer ganzen Mannschaft von mindestens fünf bis neun Personen, die Materialien abladen, transportieren und mischen, bevor die Strukturen errichtet werden. Auf der anderen Seite benötigt ein 3D-Drucker für Beton nur zwei bis drei Arbeitskräfte, um den Bauprozess zu überwachen und zu steuern, sobald er einmal aufgebaut ist.

3D-Betondrucker können weitgehend automatisiert arbeiten. Mitarbeiter vor Ort werden daher hauptsächlich zur Überwachung und Steuerung benötigt.
3D-Betondrucker können weitgehend automatisiert arbeiten. Mitarbeiter vor Ort werden daher hauptsächlich zur Überwachung und Steuerung benötigt.
(Bild: Peri)

Bei dem bereits erwähnten Mehrfamilienhaus in Bayern wurde die Maschine während des Druckprozesses nur von zwei Personen bedient. Bei einem Projekt dieser Größe würde mit herkömmlichen Baumethoden eine Mannschafft von etwa 20 Personen eingesetzt werden. Dies zeigt, wie gut automatisiert der gesamte Prozess bereits ist und warum der 3D-Druck von Häusern eine so vielversprechende Alternative ist.

Außerdem führt eine geringere Anzahl von Arbeitern vor Ort auch zu weniger arbeitsbedingten Verletzungen und Todesfällen. Laut einer US-Behörde ist allein das Baugewerbe für jeden fünften Todesfall unter den Arbeitern in den USA verantwortlich. Wenn verantwortungsvoll gearbeitet wird, kann der 3D-Druck von Häusern dazu beitragen, diese Zahlen deutlich zu reduzieren.

3. Geringere Gesamtkosten

Angeblich sind 3D-gedruckte Häuser billiger zu bauen, aber das ist etwas fragwürdig, da 3D-Betondrucker heute noch sehr hohe Anschaffungskosten haben. Außerdem gibt es noch vergleichsweise wenig additive Bauprojekte, die ihre Kostenrechnung öffentlich gemacht haben. Aber bleiben wir bei den Fakten und Zahlen, die uns zur Verfügung stehen:

Wir haben bereits festgestellt, dass der 3D-Druck eines Hauses schneller ist als der traditionelle Bau, und wie das Sprichwort sagt, ist Zeit Geld. Weniger Zeit, die auf der Baustelle verbracht wird, bedeutet, dass sowohl die Ausrüstung als auch die Arbeiter früher für andere Projekte zur Verfügung stehen, wobei sich die Baukapazität mit den heutigen Aufbauraten des 3D-Betondrucks theoretisch verdoppelt.

Zusammen mit der deutlich reduzierten Anzahl an benötigten Arbeitern sollten die endgültigen Ausgaben bereits auf einen Bruchteil des ursprünglichen Wertes reduziert werden. Darüber hinaus können die von einigen 3D-Druckern verwendeten Rohstoffe teilweise vor Ort gesammelt werden, was die Kosten für die Beschaffung, die Lagerung und den Transport zur Baustelle reduziert.

Und nun zu den Zahlen: Das 38-Quadratmeter-Haus von Apis Cor in Russland soll etwa 10.000 US-Dollar gekostet haben, einschließlich aller Fenster, Dacharbeiten, Verkabelung und Innenausbau. Das ist schwindelerregend wenig. Icon arbeitet derzeit an 56-Quadratmeter-Häusern, die nur 4.000 US-Dollar kosten sollen.

Ja, 3D-Drucker für den Bau sind immer noch sehr teuer, genau wie jede andere Spitzentechnologie. Es gibt noch viel Raum für Verbesserungen, und mit dem Fortschritt der Technologie werden die Kosten für die Maschinen und den Betrieb sicherlich sinken.

Das in Russland gedruckte 'Rotor House' von Apis Cor soll nur etwa 10.000 US-Dollar gekostet haben:

4. Einzigartige Konstruktionen

Der 3D-Druck bietet einzigartige Baumöglichkeiten, die mit herkömmlichen Bautechniken entweder nicht möglich oder zu teuer wären.

Manche sagen, dass man den hohen Grad an Gestaltungsfreiheit, den diese Technologien bieten, berücksichtigen muss, um das Beste aus jedem 3D-Druckverfahren herauszuholen. Das gilt auch für den Bau und die Architektur, wo Innovation und Kreativität besonders gefördert werden.

Die intrinsische Natur des 3D-Drucks ermöglicht es, komplexe Formen und Gestaltungen ohne zusätzlichen Aufwand zu produzieren. Ein 3D-Drucker für Beton kann zum Beispiel kompliziert geschwungene Wände genauso einfach herstellen wie gerade. Unkonventionelle Architektur kann das Aussehen von Gebäuden von außen verbessern und auch die Innenräume optimieren.

Durch das additive Bauverfahren können einzigartige Strukturen umgesetzt werden und es entstehen keine Mehrkosten. Dieses Bad wurde 2018 für eine Messe 3D-gedruckt.
Durch das additive Bauverfahren können einzigartige Strukturen umgesetzt werden und es entstehen keine Mehrkosten. Dieses Bad wurde 2018 für eine Messe 3D-gedruckt.
(Bild: CyBe-Construction)

Nehmen Sie zum Beispiel das ‚Office of the Future‘ in Dubai, das von der chinesischen Firma Winsun 3D-gedruckt wurde und die Dubai Futures Foundation beherbergt. Das geschwungene Äußere wäre mit konventionellen Bautechniken nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand nachzubilden.

Außerdem können die Ingenieure kreativ werden, da die Materialien für den Druck sehr individuell angepasst werden können, um bessere Eigenschaften zu erzielen. Aus der Charge heraus ist Beton bereits ein erstklassiges Baumaterial, das gegen die meisten Umwelteinflüsse wie Feuer und Feuchtigkeit resistent ist und außerdem ein hervorragender Wärmeisolator für kaltes und warmes Wetter ist.

Das 'Office of the Future' ist einzigartig und modular erweiterbar

5. Baumaterial wird effizienter genutzt

Der Prozess des 3D-Druckens von Häusern ist effizienter in Bezug auf den Energie- und Materialverbrauch im Vergleich zum traditionellen Bau.

Beim 3D-Drucken von Häusern entsteht weniger Abfall, da nur die benötigte Menge an Material zum Bau der Strukturen verwendet wird: Es fallen keine Verschnitte durch Schneiden oder Schnitzen von Materialien an. Da die auf Beton basierenden Ausgangsmaterialien zudem formlos sind, kann und sollte jeder Rest für das nächste Gebäude verwendet werden.

Außerdem kann das Ausgangsmaterial aus recycelten Materialien hergestellt werden. Im Jahr 2014 war das chinesische Unternehmen Winsun in der Lage, nicht weniger als 10 Häuser an einem Tag nur aus recyceltem Betonmaterial zu bauen, während das italienische 3D-Druckunternehmen WASP ein Haus aus natürlichem Schlamm herstellte, der mit Abfallmaterialien aus einer lokalen Reisproduktion gemischt wurde, darunter gehackte Strohhalme und Reishülsen.

Häuser aus dem 3D-Druck verbrauchen auch weniger Energie, wenn man sie mit der gesamten Produktionskette des regulären Baus vergleicht. Denken Sie nur an die Energie, die für den Transport von Rohstoffen und den täglichen Transport ganzer Mannschaften von Arbeitern zur Baustelle benötigt wird. Durch die Reduzierung des Arbeitsaufwands und die Beschaffung von Materialien vor Ort kann der 3D-Druck auf lange Sicht nachhaltiger sein.

6. Für Menschen in Not geeignet

In Texas sollen 480 dieser einfachen Häuser mit 37 qm entstehen, um Wohnungssuchenden schnell eine kostengünstige Unterkunft bieten zu können. Ein ähnliches Projekt wurde in Tabasco, Mexico, umgesetzt.
In Texas sollen 480 dieser einfachen Häuser mit 37 qm entstehen, um Wohnungssuchenden schnell eine kostengünstige Unterkunft bieten zu können. Ein ähnliches Projekt wurde in Tabasco, Mexico, umgesetzt.
(Bild: Icon)

Insgesamt können 3D-Betondrucker in verschiedenen Szenarien weltweit eine zentrale Rolle spielen. Alle bisher behandelten Schlüsselpunkte - Zeit-, Kosten- und Arbeitsersparnis, erweiterte einzigartige Möglichkeiten und Effizienz - zeigen, wie diese Technologie in bestimmten Situationen von großem Wert sein kann.

Viele Entwicklungs- und Industrieländer haben damit zu kämpfen, ihren Bürgern bezahlbaren Wohnraum zur Verfügung zu stellen. Die Fähigkeit, genügend hochwertige Häuser zu erschwinglichen Preisen bereitzustellen, ist der Schlüssel für eine nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung. Der relativ schnelle Prozess des 3D-Druckens von Häusern könnte das Problem der Wohnraumknappheit möglicherweise kurzfristig lösen.

Genau das versuchen New Story und Icon in Tabasco, Mexiko, zu erreichen. Die Idee ist, die allererste 3D-gedruckte Gemeinschaft für lokale Familien zu bauen, die derzeit in extremer Armut leben. Insgesamt soll es 50 komplett 3D-gedruckte 46-Quadratmeter-Häuser geben.

3D-gedruckte Häuser könnten auch in humanitären Krisensituationen von Nutzen sein, insbesondere nach Naturkatastrophen, bei denen Häuser auf tragische Weise durch Erdbeben, Brände oder Tsunamis verloren gehen. Die Gemeinden, die von solchen Ereignissen betroffen sind, haben mit Arbeits- und Materialmangel zu kämpfen, ganz zu schweigen von den logistischen Herausforderungen. Der Wiederaufbau mit 3D-Druck kann eine effiziente und kostengünstige Lösung darstellen, um zumindest den Wiederaufbau dieser Gemeinden zu beginnen.

Und schließlich könnte der 3D-Druck auch die Erkundung des Weltraums, zum Beispiel des Mars, möglich machen. Die Idee ist, automatisierte 3D-Drucker auf den roten Planeten zu schicken, und da die Rohstoffe vor Ort gesammelt werden könnten, könnten die Drucker mit dem Bau von Lebensräumen beginnen, lange bevor die ersten Menschen ankommen. Kein Wunder, dass auch die NASA interessiert an der Technologie ist.

7. Wachsender Markt und Investments

Der Markt für 3D-Druck im Bauwesen ist in den letzten Jahren stetig gewachsen. 2019 meldete der Beton-3D-Drucker-Hersteller Cobod bereits im zweiten Jahr seines Bestehens Gewinne - eine enorme Leistung für jedes Unternehmen und umso mehr, wenn man bedenkt, wie roh dieser spezielle Markt noch ist.

Nach 2020 hat die Corona-Krise die meisten Branchen weltweit betroffen, und der 3D-Druck im Bauwesen ist keine Ausnahme. Er stellt jedoch eine passende Lösung für solche Zeiten dar, wenn man bedenkt, dass die Gesamtkosten mit der Technologie verringert werden können. Aus diesem und anderen Gründen wird erwartet, dass der globale Markt für 3D-Druck im Bauwesen von 4,4 Millionen US-Dollar im Jahr 2019 auf 114,4 Millionen US-Dollar im Jahr 2023 wachsen wird.

8. Globale Verbreitung

Während 3D-gedruckte Häuser oft in Architekturwettbewerben oder als Proof-of-Concept-Entwürfe zu sehen sind, gibt es auch viele tatsächlich bewohnte Strukturen, die bereits im Einsatz sind. Nehmen Sie zum Beispiel das Lewis Grand Hotel auf den Philippinen, dessen 1.400 qm große Erweiterung komplett mit 3D-Druck hergestellt wurde, einschließlich Gästezimmern.

Das Yhnova Haus in Nantes war 2018 das erste bewohnte 3D-gedruckte Gebäude in Europa. Seitdem ging die Entwicklung schnell voran. Im Jahr 2020 werden schon mehrstöckige Häuser und Bürogebäude gedruckt.
Das Yhnova Haus in Nantes war 2018 das erste bewohnte 3D-gedruckte Gebäude in Europa. Seitdem ging die Entwicklung schnell voran. Im Jahr 2020 werden schon mehrstöckige Häuser und Bürogebäude gedruckt.
(Bild: Bouygues Construction)

Auch Regierungen engagieren sich. 2019 baute das russische Unternehmen Apis Cor das damals größte 3D-Druck-Gebäude. Das zweistöckige 640-Quadratmeter-Gebäude beherbergt nun die Stadtverwaltung von Dubai und ist nach dem bereits erwähnten ‚Office of the Future‘ das zweite 3D-gedruckte Bauwerk der Regierung.

In Europa wurde das 3D-gedruckte ‚Yhnova House‘ im Jahr 2018 zu einem der ersten bewohnten Häuser der Welt, als die Familie Ramdani einzog. Die Struktur wurde von der Universität von Nantes unter Verwendung ihrer eigenen Ausrüstung entwickelt und benötigte etwa 54 Stunden, um die 93-Quadratmeter-Struktur 3D-zudrucken.

Die Stadtverwaltung von Dubai umfasst 640 qm und wurde komplett 3D-gedruckt.
Die Stadtverwaltung von Dubai umfasst 640 qm und wurde komplett 3D-gedruckt.
(Bild: Apis Cor)

Wenn Sie das nächste Mal von 3D-gedruckten Häusern hören, sollten Sie daran denken, dass es sich zwar noch um eine sich entwickelnde Technologie handelt, die aber bereits großartige Ergebnisse gezeigt hat und rund um den Globus im Einsatz ist.

Dieser Text basiert auf der Freien Übersetzung des Beitrags '8 Reasons why 3D printed Houses are the next big thing' von All3DP.com und wurde lizenziert nach Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

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