Nachhaltiges Bauen mit 3D-Druck
3D-gedruckte Kunststoffschalungen eröffnen neue Möglichkeiten für die Herstellung komplexer Betonformen: Für den Fahrradunterstand einer Wohnüberbauung wurde eine langlebige und robuste Schalungslösung gefertigt, die alle technischen Anforderungen erfüllt und wirtschaftlich ist.
3D-gedruckte Kunststoffschalungen für die Herstellung von Betonformen stellen eine vielversprechende Alternative zu traditionellen Holzschalungen dar. Eine innovative Schalungstechnologie nutzte die Notter Hochbau AG im Rahmen einer Mehrfamilienhaus-Überbauung in Stetten (AG). Für einen Fahrradunterstand aus Beton wurden mit 3D-Druck präzise und wiederverwendbare Schalungen und Schalungseinlagen aus rezyklierbarem Kunststoff hergestellt.
Diese Methode erlaubte eine kosteneffiziente Sonderlösung für die speziellen Anforderungen des Projekts. Insgesamt wurden zwei Objekte der Überbauung mithilfe des 3D-Drucks gefertigt. Für die Rippendecke kamen 3D-gedruckte Schalungseinlagen zum Einsatz und für eine individuell geformte, 2,4 Meter hohe Stütze wurde die komplette Schalung mittels 3D-Druck hergestellt. Die Bauteile wurden mit einer Fräse nachbearbeitet, sodass die Bauteilqualität jener von Sichtbeton entspricht.
Das Resultat ist ein langlebiger und ästhetisch ansprechender Fahrradunterstand. Das Projekt veranschaulicht das Potenzial von 3D-Druck für die Zukunft des Bauens. Die Innovationskraft liegt in der Kombination von digitaler Planung, additiver Fertigung, nachhaltiger Materialnutzung und den Eigenschaften von Beton. Dies erlaubt effizientere und ressourcenschonende Bauprozesse. Die 3D-gedruckten Schalungselemente werden nach Gebrauch recycelt und erneut mit dem 3D-Drucker verarbeitet.
Das Unternehmen Sika hat gemeinsam mit Saeki Robotics und Notter Hochbau ein wegweisendes Projekt realisiert, das digital geplant und umgesetzt wurde. Mit ihrer grossen Erfahrung in der Werkstoffkunde und deren Bedeutung für den industriellen 3D-Druck hat Sika die Projektpartner unterstützt, die neue Technologie für diesen Anwendungszweck zu optimieren. Der Vor-Ort-Guss war dank der herausragenden Leistung des thermoplastischen Kunststoffgranulats Sika Biresin TP103 und der robusten Druckmethode sowie präzisen CNC-Bearbeitung möglich.
Ohne klassische Fertigungspläne
Zu den Besonderheiten des Projekts zählte, dass die gesamte Planung wie auch die Ausführung auf einem digitalen Arbeits- und Informationsfluss beruhte. Es wurden keine klassischen Fertigungspläne auf der Baustelle verwendet. KMP Architektur erstellte für den Entwurf ein parametrisches 3D-Modell, das mit wenigen Anpassungen unterschiedliche Designs hervorbringen konnte.
Saeki Robotics nutzte dieses parametrische Modell, um darauf aufbauend ihren Arbeitsablauf für die Fertigung der 3D-Schaltungselemente zu programmieren. Dieser erlaubte eine Produktion von mehreren Prototypen ohne die Neuprogrammierung jeder Änderung wie auch die Feinjustierung des Designs und der Schalungsdetails.
Eine Herausforderung stellte die Betonierung vor Ort dar. 3D-gedruckte Schalungen werden meist in Fertigteilwerken eingesetzt, denn das direkte Betonieren auf der Baustelle birgt Risiken wie beispielsweise die mangelnde Formstabilität der Schalung oder die mangelnde Präzision.
Um die hohen Anforderungen an Präzision und Materialqualität bei der Herstellung der Schalungen zu erfüllen, wurde Sika Biresin TP 103 als Werkstoff eingesetzt. Dieser Hochleistungskunststoff überzeugt durch seine thermischen und mechanischen Eigenschaften und erlaubt die Produktion von komplexen Schalungselementen für die 2,4 Meter hohe Säule mit ihrem anspruchsvollen Design.
Der Hochleistungskunststoff wurde bei einer Drucktemperatur von 220 bis 250 °C verarbeitet. Dies garantiert einen gleichmässigen Materialfluss und gute Formstabilität. Zudem bietet das Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,9 W/mK eine ideale thermische Stabilität, die für den Einsatz in unterschiedlichen Umweltbedingungen ausschlaggebend ist. Dadurch lassen sich eine hohe Oberflächenqualität und ein reibungsloser Bauprozess erreichen.
Besonderes zum Objekt
Die Statik wird bei 3D-Objekten mit versteckten Riegeln, die seitlich in der Platte verlaufen, sichergestellt. Die Einlagen verringern die statische Höhe in der Platte. Dank der Riegeln sind die geforderten Spannweiten dennoch möglich. Die Betonrippen zwischen den Einlagen sind unbewehrt. Eine Bewehrung in den Rippen hätte aufgrund der freien Form der Einlagen keinen statischen Nutzen.
Die Rippenbreite von sechs Zentimeter wurde gewählt, damit Abplatzungen beim Ausschalen nahezu ausgeschlossen werden können. Eine Verwendung von Faserbeton wurde geprüft, aber wegen der Gefahr der Verklumpung der Fasern in den Betonrippen nicht weiterverfolgt. Das statische Konzept der Decke ähnelt einer Hourdis- oder Rippendecke. Die statischen Nachweise erbrachte Ikon Ingenieure.
