Was ist ein 3D-Drucker im Bauwesen?

Ein 3D-Drucker im Bauwesen ist eine Maschine, die Bauteile Schicht für Schicht aufbaut, indem ein computergesteuerter Kopf einen Strang Mörtel, Beton oder Kunststoff nach einem digitalen Modell ablegt. Die Technik heißt auch additive Fertigung oder, für die häufigste Variante, 3D-Betondruck. Der entscheidende Unterschied zum herkömmlichen Betonbau: Es ist keine Schalung nötig, denn der Mörtel hält sich beim Aushärten selbst in Form.

Wie es funktioniert

Digitales Modell – das Bauteil wird in 3D konstruiert und in waagerechte Schichten zerlegt (Slicing)
Druckpfad – die Software rechnet das Modell in eine Bahn um, der der Druckkopf folgt
Drucken – ein Portalroboter oder Roboterarm legt den Mörtel in Bahnen von typisch einigen Zentimetern Breite und 1 bis 3 cm Höhe ab
Bewehrung – sie wird während oder nach dem Druck eingebracht: Spannglieder in gedruckten Kanälen, eingelegte Stäbe oder Fasern in der Mischung
Nachbearbeitung – Verfüllen der Hohlräume, Anschlüsse, Oberflächen

Der Mörtel muss zwei gegensätzliche Anforderungen erfüllen: im Schlauch gut pumpfähig bleiben und unmittelbar nach dem Austritt formstabil genug sein, um die nächste Schicht zu tragen.

Anwendung in der Praxis

Wohnungsbau. In Eindhoven steht Project Milestone, ein Vorhaben unter anderem der TU Eindhoven, von Van Wijnen, Saint-Gobain Weber Beamix, Vesteda und der Stadt Eindhoven. Das erste 3D-betongedruckte Wohnhaus mit rund 94 m² Wohnfläche wurde Ende April 2021 bezogen und erfüllt die niederländischen Bauvorschriften.
Brücken und Ingenieurbauwerke. Gedruckte Rad- und Fußgängerbrücken nutzen die Formfreiheit, um Material nur dort zu setzen, wo Kräfte fließen.
Fertigteile. Verlorene Schalungen, Lärmschutzwände, Fassadenelemente und Stadtmobiliar in komplexen Formen.
Restaurierung. Druck von Formen oder Werkstücken für Ornamente.

Vorteile und Grenzen

Vorteile: keine Schalungskosten, große Formfreiheit (eine gekrümmte Wand kostet nicht mehr als eine gerade), Materialersparnis durch gezielte Platzierung und wenige manuelle Arbeitsschritte.

Grenzen: Die Bewehrung bleibt der schwierigste Punkt, denn gedruckter Beton ist wie jeder Beton zugschwach. Druckmörtel sind je Kubikmeter teurer als gewöhnlicher Beton, waagerechte Spannweiten ohne Unterstützung lassen sich kaum drucken, und jedes Projekt erfordert weiterhin einen Einzelnachweis gegenüber der Bauaufsicht.