»Stahl, Beton und Glas«

Interview: Thomas Masuch; Fotos: ismd, TU Darmstadt, Anja Jahn, XtreeE / Lisa Ricciotti - 02.09.2018

In der Bauindustrie ist die Additive Fertigung zwar noch ein relativ neues Thema. Doch bereits jetzt gibt es Forschungsprojekte, erste Anwendungen, diese zahlreiche kreative und nützliche Ideen. Die beiden Professoren Oliver Tessmann und Ulrich Knaack von der TU Darmstadt haben bereits vor drei Jahren das BE-AM-Symposium ins Leben gerufen, um die Akteure der Branche zusammenzubringen und einen Überblick über die additiven Bauaktivitäten zu schaffen. Die Formnext unterstützt das Symposium seit diesem Jahr als Sponsor und greift das Thema auf der AM4U-Area mit Vorträgen auf. Wir haben mit den beiden Professoren über die aktuellen additiven Entwicklungen in der Bauindustrie, die Parallelen zu anderen Industrien und über die künftigen Herausforderungen gesprochen.

Abgesehen von den klassischen 3Dgedruckten Designmodellen ist Additive Fertigung in der Bauindustrie noch ein recht junges Feld. Welche Entwicklungen erforschen und verfolgen Sie an der TU Darmstadt?

KNAACK: Wir haben an der TU Darmstadt zahlreiche Projekte, in denen wir Anwendungen mit verschiedenen Materialien erforschen. Das reicht vom Auftragsschweißen mit Stahl, über Lasersintern bis Glas und Ziegel. Des Weiteren haben wir auch das Drucken von Papier geplant. Im Kontext der Additiven Fertigung und der Formnext machen wir mit der Bauindustrie so ein ganz neues Thema auf. Es gibt zwar vereinzelt hier und da Anwendungen, diese sind aber nicht strukturiert. Das wollen wir ändern. Unser Ziel in der Kooperation mit der Formnext ist auch, diese Aktivitäten in den nächsten Jahren noch weiter zu konzentrieren.

TESSMANN: Gleichzeitig haben wir auch die Prozesse und die Weiterentwicklung in der Architektur im Blick. Welche neuen Formen und Konstruktionen werden durch Additive Fertigung erst möglich? Wir wollen ja nicht Dinge drucken, die schon heute mit anderen sehr effizienten Systemen gebaut werden. Für ebene Betonwände etwa gibt es ausgereifte Schalungssysteme. Wir denken stattdessen darüber nach, wo uns AM hilft, Material zu sparen, und wo wir damit noch besser auf den Kontext reagieren können. Und dafür muss diese Technologie sinnvoll in den gesamten Prozess eingebettet werden.

»Wenn in der Bauindustrie Fehler entstehen, wird nicht unbedingt der gesamte Prozess hinterfragt, sondern auch einfach einmal das Stemmeisen geholt.«

Die Suche nach dem Mehrwert durch AM kennen wir bereits aus anderen Industrien. Sehen Sie hier Parallelen?

TESSMANN: Einerseits ja, anderseits haben wir in der Bauindustrie spezielle Unterschiede: Im Prinzip ist jedes Gebäude ein Unikat, auch wenn es aus industriell gefertigten Bauteilen zusammengesetzt wird. Prozesse werden hier nicht so sehr optimiert wie in der Automobilindustrie, wo man Tausende gleiche Produkte herstellt. Wenn bei uns Fehler entstehen, wird nicht unbedingt der gesamte Prozess hinterfragt, sondern auch einfach einmal das Stemmeisen geholt. Der zweite große Unterschied zu anderen Industrien ist, dass Planung und Herstellung in der Regel klar getrennt sind: Der Architekt entwirft, und die Baufirma baut. Dabei wird sie vom Architekten im Auftrag des Bauherrn überprüft. Der Einsatz einer neuen Technologie wie AM erfordert aber eine ganzheitliche Herangehensweise. Dieses bei uns stark verwurzelte Kontrollkonstrukt muss dafür aufgebrochen werden.

KNAACK: Das Streben nach dem zusätzlichen Mehrwert ist sicherlich die große Gemeinsamkeit der Additiven Fertigung über alle Anwendungsindustrien hinweg. Das Bauwesen steht unter einem großen Kostendruck und ist demzufolge recht konservativ. Wir werden den Einsatz von AM deshalb nicht flächendeckend erleben, sondern eher im Einsatz einzelner intelligenter Bauteile – zum Beispiel, wenn es darum geht, komplexere Geometrien umzusetzen.

Welche konkreten Vorteile sind in der Bauindustrie heute mittels AM bereits umsetzbar?

TESSMANN: Wir sehen hier zwei verschiedene Ansätze. Einerseits ist die Entwicklung gestalterisch getrieben und produziert Architektur mit komplexen Formen. Wir konzentrieren uns in Darmstadt aber lieber auf kleinere Verbesserungen, zum Beispiel durch Topologieoptimierung der Bauteile und Komponenten: Wie kann man Stahltragwerke entlang der Lastpfade gestalten und dadurch leichter und eleganter machen? Und selbst die Knotenpunkte der Stahlträger bieten ein großes Potenzial, wenn sie topologieoptimiert und dadurch leichter werden. Bei mehreren Hunderten Knoten spart das viel Gewicht, und so haben auch kleine Entwicklungen einen deutlichen Einfluss auf das große Ganze.

KNAACK: Mit einigen Technologien stehen wir kurz vor dem Durchbruch. Mit dem Auftragsschweißen haben wir eine vergleichsweise einfache Technologie, mit der wir gerade in die Bauteilprüfung einsteigen und in ein bis zwei Jahren sicherlich im Markt sind. Es gibt auch bereits umgesetzte Projekte wie eine aus Beton gedruckte Fahrradbrücke.

Mit AM dem Beton unterschiedliche Materialeigenschaften zuweisen

Gibt es auch Entwicklungen, die das Bauen grundsätzlich verändern können? Wird Bauen vielleicht sogar günstiger?

KNAACK: Einzelne additiv gefertigte Bauteile werden kompakter und werden über eine Funktionsintegration verfügen. Andere Bauteile können dadurch einfacher werden. Insgesamt wird das Bauen deswegen effizienter. Allerdings werden die Preise für Gebäude nicht sinken. Denn diese bestimmen sich immer durch den Wert, den ihnen die Gesellschaft zumisst. Stattdessen werden die Unternehmen, die Additive Fertigung im Bauwesen nutzen, wirtschaftlich profitieren können. Dieser wirtschaftliche Aspekt ist ja auch der Grund, warum Unternehmen mit uns kooperieren: um neue Anwendungen und Patente zu erforschen.

TESSMANN: Um die Anforderungen an Energieeinsparung zu erfüllen, dämmen wir unsere Häuser heute mit dicken Schichten aus Isolierschaum, der in den nächsten Jahrzehnten viele Sanierungsfälle und ein riesiges Aufkommen von Sondermüll verursachen wird. Stattdessen gibt es Ideen wieder monolithisch zu bauen. Mithilfe Additiver Fertigung können wir hoffentlich bald dem Beton unterschiedliche Materialeigenschaften zuweisen: Er wird massiv gedruckt, dort wo er tragen soll und porös, dort wo er dämmen soll. Der Übergang dazwischen ist graduell. Damit vereinfacht sich der Herstellungsprozess und das spätere Recycling. Gleichzeitig kann uns Additive Fertigung helfen, individueller, vielfältiger und kontextspezifischer zu bauen.

 

Der Erfolg einer neuen Technologie hängt auch sehr stark von den Anwendern ab. Welche Herausforderungen sehen Sie hier noch?

TESSMANN: In der Bauindustrie hängen wir im Vergleich zu anderen Industrien einige Jahre zurück. Aber es fängt an. Was noch fehlt, sind konkrete Produkte, aber auch Lösungen für die Bereiche Qualitätskontrolle oder Brandschutz. Wenn wir hier weiterkommen, kann es eine Initialzündung geben.

KNAACK: Wir haben noch viele technische Ideen, zum Beispiel die Integration von Materialien. Und die große Challenge wird das Thema Marktdurchdringung sein. Begleitend dazu benötigen wir Regeln. Und dieser Prozess wird sicherlich noch 20 bis 25 Jahre dauern.

Herr Tessmann und Herr Knaack, wir danken Ihnen für dieses Gespräch.

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