Entsteht ein Gebäude im 3D-Druck, werden Materialschichten aus Zement, Kunststoff oder anderem Material übereinander geklebt, um eine komplexe Struktur zu erschaffen. Derzeit ist der 3D-Druck im Bauwesen noch eine Randerscheinung. Trotzdem stellt die Technologie eine aufregende und möglicherweise tiefgreifende Veränderung in der modernen Bauweise dar. In diesem Artikel beantworten wir die wichtigsten Fragen: Was ist 3D-Druck im Bauwesen, wo liegt das Potenzial und werden auch Sie bald an 3D-Druckprojekten im Bau teilnehmen?

Der 3D-Druck im Bauwesen ist eine Technologie mit Potenzial

Was ist 3D-Druck im Bauwesen?

Beim 3D-Druck im Bauwesen wird zwischen zwei Anwendungsarten unterschieden. Der Begriff beschreibt entweder die Verwendung von an Roboterarmen befestigten 3D-Druckern, die auf einer Baustelle ein Gebäude errichten. Oder der Begriff bezieht sich auf die Verwendung von Druckern in einer Fabrik, die dort Komponenten eines Bauprojekts erstellen, welche später vor Ort zusammengebaut werden.

Der 3D-Druck ist als Konzept nicht neu – er wurde erstmals in den 1980er Jahren entwickelt. Die Technologie erlangte jedoch erst im letzten Jahrzehnt eine ausreichende Reife und Kosteneffizienz, die sie für eine breitere Masse an Anwendern interessant machten.

3D-Drucker im Baugewerbe sind dem Tintenstrahldrucker im Büro nicht unähnlich. Ein Softwareprogramm füttert den Drucker mit Informationen über die Abmessungen des Endprodukts. Anschließend injiziert der Drucker Material gemäß diesem Plan auf eine Oberfläche. 3D-Drucker verwenden häufig flüssige Metalle, Kunststoffe, Zement und eine Vielzahl anderer Materialien, die dann abkühlen oder trocknen, um eine Struktur zu bilden. Für den 3D-Druck im Bauwesen teilt ein CAD- oder BIM-Programm dem 3D-Drucker mit, was er drucken muss.

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Bausektor: Wie verbreitet ist der 3D-Druck?

Der 3D-Druck entwickelte sich über die letzten Jahre von einer Spielerei zu einer riesigen Chance für die unterschiedlichen Branchen. Auch im Bausektor hat die Anwendung der 3D-Technologie stark zugenommen. Besonders beliebt sind 3D-Lösungen auf dem Bau im Vereinigten Königreich, in den USA und in China. Neben bekannten Vorzeigeobjekten nahm auch der praktische Nutzen für viele Bauunternehmen zu.

Ein Beispiel hierfür sind Gebäude, deren Teile vorgedruckt und danach vor Ort auf der Baustelle nur noch zusammengebaut werden müssen. Die Vereinigten Staaten von Amerika sind Vorreiter in diesem Punkt und der Markt könnte bis 2025 um bis zu 35 Prozent wachsen. Vorgefertigte Gebäude finden in den USA den Weg in den Mainstream, was an den kürzeren Bauzeiten und an den massiv niedrigeren Kosten liegt. Auch in Deutschland, in Österreich und in der Schweiz sind die Vorteile des 3D-Drucks auf dem Bau im Jahr 2022 längst bekannt.

Allerdings ist diese Technologie in Mitteleuropa noch ein kleiner Nischenmarkt. Der Grund hierfür sind unter anderem die strengeren Gebäudevorschriften: In den USA ist die Bausubstanz vieler Gebäude qualitativ weniger hochwertig als in Europa, da die rechtlichen Vorgaben lockerer sind als hierzulande. Zwar sind dreidimensional gedruckte Häuser nicht minderwertig, sie können aber teilweise die Vorschriften der lokalen Gesetzgebungen noch nicht erfüllen. Gerade in Hinsicht auf die Umweltverträglichkeit und die steigenden Immobilienpreise gehen wir allerdings davon aus, dass sich die Gesetze auch im DACH-Raum Schritt für Schritt an diese neuartigen Lösungsansätze der Bauindustrie anpassen werden.

3D-Drucker besser am Bau oder in der Fabrikshalle?

Worin bestehen die Vorteile des 3D-Drucks im Bauwesen?

Befürworter von 3d gedruckten Gebäuden weisen auf mehrere Vorteile dieser Technologie hin:

Geringerer ökologischer Fußabdruck dank 3D-Technologie

Die Baubranche gehört weiterhin zu den größten Umweltsündern der Welt. Die Herstellung der Baustoffe, die für den Bau benötigte Energie, der Transport und der Betrieb der Baumaschinen tun unserem Planeten keinen Gefallen. Mit dem Ansatz des 3D-Drucks kann der Gebäudebau nicht nur günstiger, sondern auch umweltfreundlicher stattfinden. 3D-Drucker auf dem Bau ermöglichen es Bauherren und Baufirmen auf die Verwendung von Beton und Zement im großen Stil zu verzichten. Besonders Zement, welcher in der Herstellung 600 Kilogramm CO₂ pro Tonne Zement verursacht, ist ein starker Treiber des Klimawandels. Mittels der 3D-Technologie ist es möglich, neuartige und nachhaltige Alternativen zu erproben und zu verbauen.

3D-Druck im Bauwesen reduziert Abfall drastisch

Weltweit wird fast ein Drittel des anfallenden Abfalls von der Bauindustrie erzeugt. Während ein großer Teil davon aus dem Abriss stammt, sind Baustellen in der Regel ebenfalls verschwenderisch. Es ist üblich, mehr Materialien als benötigt zu bestellen, was teuer und ineffizient ist. Im Gegensatz dazu kann der 3D-Druck den Abfall auf nahezu Null reduzieren. Ein 3D-Drucker verwendet nur das zum Drucken der Struktur erforderliche Material. Dies könnte zu enormen Einsparungen führen.

Gebäude im 3D-Druck entstehen schneller und billiger

Zahlreiche Studien und Erfahrungen und aus der Praxis belegen die zeitlichen und finanziellen Vorteile des 3D-Drucks auf dem Bau. Vorgedruckte Baukomponenten machen den Bau eines Gebäudes effizienter und schneller. Da CNC-Maschinen, Bauroboter und klassische 3D-Drucker rund um die Uhr arbeiten und auch komplizierte Teile exakt herstellen können, erzielen moderne Maschinen Effizienzsteigerungen von 40 bis 80 Prozent. Dies senkt die Bau- bzw. die Herstellungskosten enorm. Innovative Baufirmen, welche auf die 3D-Technologie setzen, können somit ihre Konkurrenzfähigkeit verbessern und ihren Kundinnen und Kundinnen Preise bieten, welche für klassische Bauten unmöglich wären. 

Nicht jedes Bauteil, jede Wand und jede Komponente muss im 3D-Druck ein Unikat sein. Wie spezialisierte Unternehmen ihre Kosten durch höhere Produktionsmenge steigern können, sehen wir bereits in den Vereinigten Staaten von Amerika und in fernöstlichen Ländern wie China oder Südkorea. Zudem ist auch das Zuschneiden und das Formen mit der 3D-Technologie bedeutend einfacher als manuell bei klassischen Baustoffen.

3D-Druck ermöglicht ungewöhnliche Designs

Eine der attraktivsten Eigenschaften von 3D-Druckern ist ihre Fähigkeit, komplexe und ungewöhnliche Designs zu erstellen. Da 3D-Drucker Material in Schichten auftragen, können sie so programmiert werden, dass ungewöhnliche Formen entstehen, die mit herkömmlichen Techniken viel schwieriger oder nicht zu erreichen sind.

Welche Hürden bestehen für den 3D-Druck im Bauwesen?

Während 3D-Druck sicherlich ein ansprechendes Konzept ist, ist es auch wichtig, hinter den „Hype“ zu blicken. Skeptiker weisen darauf hin, dass die Technologie mehrere Einschränkungen aufweist:

3D-Druck im Bauwesen ist noch teuer

Noch ist der 3D-Druck am Bau in den Kinderschuhen, was auch an den hohen Kosten liegt. Die meisten Baufirmen arbeiten mit relativ geringen Gewinnspannen. Für viele Unternehmen kommt eine Investition in neue Technologien wie 3D-Drucker somit nicht in Frage.

Werden Kunden 3D gedruckte Häuser akzeptieren?

3D-gedruckte Häuser sind oft beeindruckend anzusehen. Aber würden die meisten Menschen wirklich in ihnen leben oder arbeiten wollen? Es wird wahrscheinlich noch dauern, bis diese „neue“ Art von Gebäuden auf breiter Basis akzeptiert wird. Das zeigen nicht zuletzt die Beispiele der Fertigteilhäuser oder des Modulbaus, die sich lange nicht am Markt durchsetzen konnten.

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Schwierigkeiten bei der Integration mit anderen Komponenten

3D-Drucker können einzigartige und interessante Designs erzeugen, sofern dafür ein bestimmtes Material verwendet wird. Soll ein Gebäude jedoch aus verschiedenen Materialien bestehen oder Elemente beinhalten, die im 3D-Druck nicht erzeugt werden können, stößt die Technologie an ihre Grenzen.

3D-Druck am Bau: Fazit

Zahlreiche Expertinnen und Experten gehen davon aus, dass der 3D-Druck auf dem Bau ein riesiges Potenzial für die Zukunft hat. Wir teilen diese Meinung, weisen aber auch auf einige Nachteile wie die hohen Kosten, die Akzeptanzprobleme und die Schwierigkeiten bei der Integration mit anderen Komponenten hin. Mittlerweile gibt es aber genügend praktische Beispiele, welche die Möglichkeiten des 3D-Drucks veranschaulichen. Vor allem mit Blick auf die Vereinigten Staaten von Amerika und auf das Vereinigte Königreich werden die Vorteile des 3D-Drucks in der Baubranche klar. Somit ist es wahrscheinlich, dass die Technologie in den kommenden Jahren immer häufiger in der Branche zum Einsatz kommen wird. Es bleibt jedoch noch abzuwarten, ob diese Maschinen direkt vor Ort am Bau eingesetzt werden oder ob die Produktion der Gebäudekomponenten zentral in Werkstätten stattfinden wird.