Automatisierter Wandbau gegen Fachkräftemangel
Die Produktivität im Bausektor stagniert laut dem VDI Wissensforum bereits seit Jahrzehnten. Diese Entwicklung wird durch einen zunehmenden Mangel an Fachkräften weiter verschärft, was die Bewältigung des kritischen Bedarfs an Wohnraum erschwert. Als eine der vielversprechendsten Lösungen wird der 3D-Betondruck angeführt, da diese Bauart das Potenzial besitzt, die herkömmlichen Prozesse grundlegend zu verändern.
Im Gegensatz zu traditionellen Methoden, bei denen Wände gemauert oder geschalt werden, erfolgt beim 3D-Baudruck ein automatisierter Auftrag des Materials. Die Wände werden vom Drucker Schicht für Schicht aufgebaut. Diese Technik hat sich bereits in zahlreichen Bauprojekten bewährt und unterliegt einer rasanten Weiterentwicklung.
Technische Differenzierung zwischen Roboterarmen und Portalsystemen
Die Wahl des Drucksystems ist entscheidend für die Skalierbarkeit eines Bauvorhabens. Laut dem VDI Wissensforum haben sich im Bauwesen primär zwei Systeme etabliert: Roboterarm-Drucker und Portalsysteme.
Roboterarme zeichnen sich durch eine geringere Größe und eine schnellere Einsatzbereitschaft aus. Ihr wesentlicher Nachteil ist jedoch der begrenzte Druckbereich, der durch die Reichweite des Arms definiert wird. Bei größeren Gebäuden müssen diese Drucker häufig umgesetzt und neu kalibriert werden.
Im Gegensatz dazu werden Portalsysteme um den gesamten Druckbereich herum aufgebaut. Ein Beispiel hierfür ist das System COBOD BOD2. Bei diesem Aufbau bewegt sich ein Druckkopf innerhalb eines Gerüsts an drei Achsen, um den Baustoff zu extrudieren. Das BOD2-System ist modular konfigurierbar und kann je nach Größe des Gebäudes flexibel erweitert werden. Laut dem VDI Wissensforum sind damit Gebäudemaße bis zu einer Länge von 13,5 Metern und einer Höhe von 9 Metern realisierbar. Eine praktisch unbegrenzten Länge ist möglich, ohne dass der Drucker versetzt werden muss.
Materialwissenschaftliche Anforderungen an den 3D-Beton
Ein bewohnbares Gebäude lässt sich nicht mit jedem handelsüblichen 3D-Drucker realisieren. Die Materialkompatibilität spielt hier eine zentrale Rolle. Bisher kommen primär 3D-druckfähige Mörtel und Betone zum Einsatz, wobei die Zusammensetzung und die Eigenschaften je nach Hersteller variieren.
Für eine maximale Flexibilität im Bauprozess sollte ein 3D-Drucker materialoffen sein. Die Entscheidungsfreiheit bei den Baustoffen wird maßgeblich durch die verdruckbare Körnung des Druckers bestimmt, also die maximale Größe der im Material enthaltenen Steine.
3D-druckfähige Baustoffe müssen spezifische physikalische Eigenschaften erfüllen:
1. Sie benötigen eine hohe sogenannte Grünstandfestigkeit. Diese ist notwendig, um die einzelnen Schichten bereits im feuchten Zustand stabil aufeinander stapeln zu können.
2. Das Material darf nicht zu schnell abbinden. Dies ist Voraussetzung, damit sich die Schichten chemisch zu einer monolithischen Struktur verbinden können.
Ein verlässlicher Prozess, der vom Anmischen bis zur Extrusion reicht, ist laut dem VDI Wissensforum maßgeblich für einen reibungslosen Bauablauf.
Effizienz und Druckgeschwindigkeit
Die Geschwindigkeit, mit der die Wände fertiggestellt werden, ist ein kritisches Kriterium bei der Auswahl der Hardware. Eine hohe Druckgeschwindigkeit korreliert direkt mit einer schnelleren Fertigstellung des Projekts. Das System COBOD BOD2 wird in diesem Zusammenhang als Beispiel für die Anforderungen an die Druckgeschwindigkeit angeführt.
