3D-Betondruck: Bis zu zwei Drittel weniger Material
3D-Betondruck war fünf Jahre lang Forschungsgegenstand am Forschungszentrum Bauen und Gestalten der Hochschule Campus Wien. Das Projekt C3PO – Concrete! 3D Printed Objects lief vom 1. August 2021 bis zum 31. Juli 2026 und wurde von der Stadt Wien über die MA 23 (Wirtschaft, Arbeit und Statistik) gefördert. Gemeinsam mit dem Studiengang High Tech Manufacturing wurden darin konstruktive Betonbauteile mit Roboteranlagen im Druckverfahren produziert.
Der Ansatzpunkt ist der Materialverbrauch. Stahlbeton ist der weltweit am stärksten genutzte Baustoff und verursacht erhebliche CO₂-Emissionen – vor allem über den Zementanteil. Statt an der Rezeptur anzusetzen, verfolgt das Projekt den Weg über die Geometrie: Wer Bauteile nur dort massiv ausführt, wo Kräfte übertragen werden, braucht weniger Beton.
Wie 3D-Betondruck Material einspart
„Durch den Einsatz von additiven Fertigungsmethoden lassen sich geometrisch komplexe Bauteile herstellen, die beim zusätzlichen Einsatz von Vorspannelementen zu sehr materialeffizienten Tragwerken zusammengesetzt werden können“, erklärt Projektleiter Marc Pfleger. Nach Projektangaben lassen sich damit im Vergleich zum herkömmlichen Betonbau bis zu zwei Drittel Material einsparen, wobei die Trageigenschaften erhalten bleiben.
Pfleger ordnet den Stand der Technik zurückhaltend ein: „Trotz noch offener Forschungsfragen, etwa zur effizienten Integration von Bewehrungselementen, deuten aktuelle internationale Forschungsergebnisse darauf hin, dass sich das Verfahren in den kommenden Jahren zunehmend in der Baupraxis etablieren wird.“ Die Bewehrung ist damit der offene Punkt: Ein gedruckter Betonstrang lässt sich nicht ohne Weiteres mit Stahl kombinieren, der die Zugkräfte aufnimmt.
Eine eigene Anlage für 3D-Betondruck
Für das Projekt wurde am High Tech Campus der Hochschule eine eigene Druckanlage samt verschiedener Extrudersysteme entwickelt. Im Einsatz ist ein Industrieroboter auf einem sieben Meter langen Schienensystem: Er wird auf die jeweilige Form programmiert und trägt das Druckmaterial Schicht für Schicht auf. Der Extruder – das Bauteil, das die Betonmischung in gleichmäßiger Konsistenz austrägt – wurde dabei mehrfach überarbeitet.
3D-Betondruck funktioniert – im Prototypenstadium
Elisabeth Radl, die die Projektleitung zu Beginn des Jahres übernommen hat, zieht Bilanz: „3D-Betondruck funktioniert. Das Wichtigste, das uns das Forschungsprojekt C3PO über die letzten Jahre gezeigt hat, ist: Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung unserer Forschungsanlage und des Druckmaterials können wir bereits heute zuverlässig Bauteile im Prototypenstadium herstellen. An diesen Bauteilen untersuchen wir aktuell das Tragverhalten und die Dauerhaftigkeit – und schaffen damit wichtige Grundlagen für den künftigen Praxiseinsatz.“ Der Nachweis von Tragverhalten und Dauerhaftigkeit ist die Voraussetzung für eine bauaufsichtliche Verwendbarkeit – solange er fehlt, bleiben die Bauteile Versuchskörper.
40 Abschlussarbeiten zum 3D-Betondruck
Eingebunden waren Studierende der Programme Bauingenieurwesen – Baumanagement sowie Architektur – Green Building. Im Rahmen des Projekts wurden 16 Bachelor- und 24 Masterarbeiten betreut. „Mich freut das große Interesse der Studierenden“, sagt Radl.
3D-Betondruck im Folgeprojekt C3PRO
Das Nachfolgeprojekt läuft bereits. Während bei C3PO die Technologie entwickelt und im Sinne von Machbarkeitsuntersuchungen Prototypen produziert wurden, geht es bei „Concrete 3D Printed Reinforced Objects“ (C3PRO) um größere Betonbauteile und Deckenelemente, die hinsichtlich ihrer Biegebeanspruchbarkeit untersucht werden – also der Frage, wie viel Last ein Element aufnimmt, das über eine Spannweite trägt. Anwendungsfeld sind Deckensysteme von Wohn- und Industriebauten.
C3PRO wird von der FFG gefördert und von der Hochschule Campus Wien in Kooperation mit der Technischen Universität Wien und der Österreichischen Bautechnik Vereinigung durchgeführt. Mehr als 25 Partner aus der Bauindustrie und öffentliche Auftraggeber unterstützen das Projekt.
Info: www.hcw.ac.at
