3D-Betondruck: Viele Formen, kleine Stückzahlen, hohe Wirtschaftlichkeit

Für Dr. Klaudius Henke vom Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion an der TU München ist die additive Fertigung für das Bauwesen »extrem attraktiv«. Beispielhaft dafür steht der Prototyp eines 3D-gefertigten Bauteils, eine 20 Zentimeter hohe, dünnwandige Betonröhre mit filigranen Verstrebungen, die das Gebilde stabilisieren. Das gedruckte Material erweist sich als genau so stabil wie herkömmlicher, gegossener Beton. Die Röhre hält Kräften von 50 Newton pro Quadratmillimeter stand. Gefertigt wurde sie mittels »selektivem Binden«: Dünne Sandschichten werden Lage für Lage genau an den Punkten, an denen die massive Struktur entstehen soll, mit einem Gemisch aus Zement und Wasser getränkt. Nach dem Abbinden aller Schichten lässt sich der überschüssige Sand entfernen, übrig bleibt die gewünschte Betonstruktur.

Drei Jahre lang haben die Forscher der TUM an dem Verfahren getüftelt, um Parameter wie die Dicke der Schichten, die Korngröße des Sandes, die Geschwindigkeit, mit der sich der Druckkopf bewegt oder die Auswahl der Düsen zu optimieren. Jetzt entwickelt das Team zusammen mit Industriepartnern einen 3D-Drucker, dessen Druckkopf mit mehreren tausend Düsen ausgestattet sein soll. Damit lassen sich Bauteile von etwa zehn Kubikmetern herstellen. »Das reicht aus«, sagt Henke, »um freigeformte, geschosshohe Bauteile zu fertigen.«

Das »selektive Binden« ist nur eine Möglichkeit zur additiven Fertigung von 3D-Betonteilen. Eine Alternative bietet das Extrusionsverfahren. Damit lässt sich schon fertig gemischter Beton verarbeiten. Mit entsprechenden Materialkomponenten und inneren Hohlraumstrukturen lassen sich multifunktionale Bauteile herstellen. Gleichzeitig überzeugt die hohe Baugeschwindigkeit. Eine für Holz-Leichtbeton gebaute Extrusions-Anlage an der TU München pumpt die Mischung aus Zement, Holz und Wasser durch eine Düse, es entstehen etwa 2 Zentimeter dicke Beton-Stränge. Ein erster, 1,5 Meter breiter, ein Meter hoher Prototyp erweist sich als genauso belastbar und wärmedämmend wie handelsüblicher Gas-Beton. Das Material lässt sich sägen, fräsen und bohren. Die raue Oberfläche funktioniert als Gestaltungselement oder kann auch nachträglich bearbeitet werden.
 
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