18. April 2019 
 
14. Januar 2019

BAU 2019: Spezial-Ziegel aus dem 3D-Drucker

Werden an bestimmten Stellen eines Gebäudes ganz spezielle Ziegel benötigt, dann bietet sich heute die additive Fertigung als ein geeignetes Herstellungsverfahren an. Wie sich ein solcher 3D-Druck mit Keramik und echten Lehmen realisieren lässt, erläutert Fassadentechnik-Experte Prof. Dr.-Ing. Ulrich Knaack im Gespräch mit DIE MESSE.

Foto: TU DarmstadtFoto: TU Darmstadt
Echte Hingucker: Die 3D-gedruckten Sonder-Bauteile weisen außergewöhnliche Formen auf.
Herr Professor Dr. Knaack, warum werden additive Fertigungsverfahren für das Bauwesen zusehends interessanter?
Wir verzeichnen bei neuen Technologien wie 3D-Druck einen rasanten Fortschritt: Es entstehen immer bessere Herstellungsmethoden und immer präzisere Bauteile aus ganz unterschiedlichen Materialien. Am Anfang war additive Fertigung sehr teuer – das ist heute anders. 3D-Druck kommt nun auch für preisgünstigere Konstruktionen in Frage. Das birgt viel Potenzial.

Welche neuen Optionen eröffnen sich durch 3D-gedruckte Bauteile?
Das erste betongedruckte Haus oder die erste betongedruckte Brücke sind extreme Beispiele, die sicherlich das Thema befördern und Sichtbarkeit in der Öffentlichkeit erzeugen. Dies wird aber nicht der Weg sein, wie wir mit der additiven Herstellung im Bauwesen umgehen. Die additive Fertigung gibt uns vielmehr die Möglichkeit, komplexe Bauteile mit integralen Funktionen zu fertigen, die wir ansonsten nicht herstellen könnten.

Welche Beispiele gibt es dafür?
Integrale Konstruktionen sind sehr wichtig im Bauwesen. Ein Türschloss beispielsweise besteht aus vielen massiven mechanischen Einzelteilen. Wenn sich dieses Türschloss aber am Stück drucken lässt und nicht mehr aus Einzelteilen zusammenzusetzen ist, dann wäre es möglich, dieses Bauteil bei gleicher Funktion viel kleiner zu konstruieren.

Am Institut für Statik und Konstruktion arbeiten Sie an dem Forschungsprojekt „3D-Druck mit Keramik“. Was ist das Ziel des Projekts?
Keramik spielt beim 3D-Druck eine wichtige Rolle, dabei entstehen unglaublich kleine und präzise Teile – das ist wirklich beeindruckend. Uns interessiert hier vor allem der Bauwerksziegel. Der klassische Ziegel wird im Extrusionsverfahren hergestellt – er kommt aus einer Spritze heraus, wird abgeschnitten und gebrannt. Bei diesem Verfahren gleicht ein Ziegel dem anderen – hunderttausendfach. Benötigen wir an bestimmten Gebäudestellen aber individuelle Ziegel, dann sind diese nur sehr schwer als Einzel-Sonderteil herzustellen. Mit 3D-Druck sind wir dagegen in der Lage, einzelne Bauteile zu fertigen, die diesen Sonderfunktionen entsprechen und die gleichzeitig per Roboter deutlich günstiger hergestellt werden können. Das Projekt realisieren wir gemeinsam mit einem Verband der Ziegelhersteller. Wir beschäftigen uns damit, Sonderbaueile in einem vorindustriellen Prozess additiv herzustellen und in einem nächsten Schritt wirtschaftlich darstellbar zu machen.

Ihre Prototypen haben nur noch wenig mit klassischen Bauteilen gemein. Wie kann man sich das vorstellen?
Bei unseren Ziegeln aus Keramik und echten Lehmen ist das Ziel, unterschiedliche geometrische Fragen zu beantworten – die Prototypen sehen deshalb natürlich etwas wild aus. Es geht darum, an der Außenseite eines Gebäudes eine freie Geometrie zu realisieren und Fragen nach der Verbindungstechnik zu beantworten – etwa mit Blick auf gegenseitiges Verkanten. Äußerlich lassen sich die Druckspuren an den extrudierten Ziegeln klar erkennen. Im Fertigungsprozess werden Keramik- oder Lehmwürste aufeinander geklebt und anschließend durch Backen miteinander verbunden.

Ziel Ihrer Forschung ist die individualisierte Fertigung bis hin zur Losgröße 1.
Genau, Losgröße 1 ist das Ziel. Um es klarzustellen: Es ist sehr unwahrscheinlich, dass künftig Häuser komplett aus 3D-gedruckten Ziegeln bestehen. Das ergibt schon deshalb keinen Sinn, weil dieser Herstellungsprozess nicht so effizient wie klassische Extrusion sein wird. Die 3D-gedruckten Ziegel – die wir nur an besonderen Stellen einsetzen – werden immer teurer sein. Also wird es eine Kombination beider Verfahren geben. Denn klar ist: Die additive Herstellung stellt nicht die eine finale Lösung für das Bauwesen dar. Sie ist vielmehr im Gesamtportfolio der möglichen Baukonstruktionen eine neue, sich entwickelnde Herstellungsvariante.

Ihr Ziel ist es, 3D-Druck im Bauwesen zu etablieren. Welche Herausforderungen sind dabei aktuell noch zu meistern?
Eine Herausforderung ist es zunächst, den 3D-Druck von Baumaterialien von einem experimentellen zu einem vorindustriellen Prozess zu bringen. Geschwindigkeit und Präzision beim Druck müssen sich ordentlich entwickeln. Ist dies geschafft, steht der nächste Schritt zum preislich darstellbaren industriellen Prozess und zur Aufnahme in das Produktportfolio der Bauindustrie an. Gleichzeitig ist auf Abnehmerseite das Verständnis zu schaffen, dass es diese neuen individuellen Ziegel nun gibt. Letzter Punkt: Der 3D-Druck von Ziegeln muss wiederholbar und nachweisbar in gleicher Qualität funktionieren. Es ist sicherzustellen, dass 50 Jahre Lebenserwartung an solche Komponenten erfüllt werden.

Auf der BAU in München stellen Sie die neuesten Forschungsergebnisse in den Bereichen Fassadenplanung und -bau vor, und zwar am 18. Januar auf dem Forum C2 „The Future of Building“. Was steht hier auf Ihrer Agenda?
Wir stellen unsere Forschungsergebnisse zu dritt vor: Professor Thomas Auer von der TU München – Experte für Climate Design und Climate Engineering – thematisiert den Energiebereich, auch in der Verbindung einzelner Gebäude im urbanen Kontext. Professor Jens Schneider von der TU Darmstadt präsentiert neue Materialtechnologien im Bereich von Dünnglas und massiven Glaskonstruktionen. Ich werde die beschriebenen Potenziale und Herausforderungen additiver Herstellungsverfahren auf dem Forum thematisieren.

Herr Professor Dr. Knaack, vielen Dank für das Gespräch.

https://www.ismd.tu-darmstadt.de/
https://bau-muenchen.com/

 

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