Künstliche Intelligenz

Das Haus aus dem 3D-Drucker

Roboter erobern die Baustelle. Eine Maschine druckte an einem Tag ein Haus aus. Für Bauarbeiter bleibt trotzdem noch viel zu tun.

Schicht für Schicht trägt der riesige Roboterarm über seine Düsen den Beton auf. Die mehrere Meter lange Vorrichtung gehört zu einem 3D-Drucker, mit dem man sich ein ganzes Haus ausdrucken kann. Die Wände wachsen fast im Zeitraffertempo in die Höhe, während die clevere Maschine auf der Baustelle werkelt und ihr Gemisch nach den Vorgaben aus dem Bauplan versprüht. Nach 24 Stunden steht der Rohbau.

Der Preis dürfte die Augen vieler zum Leuchten bringen, deren Traum vom eigenen Haus bislang an den Kosten scheiterte: Umgerechnet 9600 Euro gibt das Unternehmen Apis Cor als Preis für das erste angeblich bewohnbare Haus aus dem 3D-Drucker an, das jetzt in Russland errichtet wurde. Zwar ist die Wohnfläche mit 38 Quadratmetern bescheiden bemessen. Doch die Lebensdauer des Gebäudes soll sich auf mindestens 50 Jahre belaufen.

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Ohne Menschenhand kommt auch der Roboter auf der Baustelle nicht aus: Helfer überprüfen, ob der 3D-Drucker den Beton richtig aufträgt. Foto: Apis Cor

Der Regensburger Experte Thomas Euringer sieht ein großes Zukunftspotenzial für 3D-Drucker. „Die Technik ist wegen der zügigen Bauweise und der möglichen Kostenersparnis interessant“, sagt der Professor für Bauingenieurwesen und Bauinformatik an der OTH Regensburg gegenüber unserem Medienhaus. „Bei konventioneller Bauweise braucht man für den Rohbau mehrere Wochen. Beim 3D-Druck kann ein kleines Haus in deutlich kürzerer Zeit entstehen.“

Clevere Roboter machen vor nichts Halt. Der 3D-Druck ist eine Spielart der smarten Maschinen. Die Kosten für professionelle 3D-Drucker liegen im hohen sechsstelligen Bereich, während es Geräte für den Hausgebrauch bereits für unter 1000 Euro gibt. Damit kann sich jeder eine Handyhülle, eine Spielfigur oder eine Backform ausdrucken. In der Industrie wird die Technik nicht als Spielzeug betrachtet. Vielmehr sorgt sie dort für Furore, weil man damit x-beliebige Ersatzteile für Autos oder Maschinen ebenso anfertigen kann wie Körperprothesen – oder stylische Turnschuhe.

Adidas druckt Laufschuhe

So sollen Roboter ab Herbst in der neuen Speedfactory von Adidas in Ansbach hochwertige Laufschuhe zusammenschweißen. Das Herzogenauracher Unternehmen will schneller auf die Bedürfnisse der Kunden reagieren und Produkte in unmittelbarer Nähe zu den Verbraucher herstellen. Damit sollen lange Transportwege wegfallen.

Die 3D-Drucktechnik wurde in den 1980er Jahren entwickelt und über die Jahre verfeinert. Das Druckverfahren hängt vom Material ab. Kunststoff schmilzt der Drucker beispielsweise mit einer Heizdüse so zusammen, dass aus einer Rolle das gewünschte Objekt wird. Oder er trägt schichtweise geschmolzenen Draht auf. Doch zunächst einmal ist vom gewünschten Objekt eine dreidimensionale digitale Vorlage nötig, die der Drucker verarbeiten kann.

Ein neuer Trend ist der Einsatz von 3D-Druckern auf Baustellen. Der Bauexperte Euringer nennt Vorteile der Technik: „Sie ermöglicht eine freie geometrische Form und damit völlig neue Gestaltungsspielräume.“ Der Hausprototyp aus Russland hat zum Beispiel eine runde Bauform. Laut dem Hersteller ist das nicht technisch bedingt, sondern soll vielmehr die abstrakten Möglichkeiten des 3D-Drucks zeigen.

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    ​Clevere Roboter machen vor nichts Halt. Der 3D-Druck ist eine Spielart der smarten Maschinen. Foto: dpa
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    Forscher der Technischen Universität Berlin untersuchen ein Automodell im Windkanal, das im 3D-Labor ausgedruckt wurde. Foto: dpa
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    Essen aus dem Drucker: Eine Konditorin präsentiert ein dreidimensionales Marzipanmodell von Schloss Neuschwanstein mit kleinen Marzipansteinen. Foto: dpa
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    Das Modell eines DNA-Stranges aus dem 3D-Drucker. Foto: dpa
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    Eine Geige aus dem 3D-Drucker: Lo-Chen Cheng spielt auf einem ausgedruckten Instrument. Foto: dpa

Der Regensburger Professor weist auf ein mögliches Sparpotenzial bei den Lohnkosten hin: „Die Arbeit verlagert sich vom Mauern, Eisenflechten und Betonieren hin zu neuen, weniger arbeitsintensiven Tätigkeitsfeldern.“ Auch beim Werkzeugeinsatz könne die Baufirma sparen. So brauche man keine Schalung oder Holzkonstruktion mehr. „Ferner muss die Baufirma nicht mehr palettenweise Material wie Ziegel zur Baustelle schaffen, weil im Grunde nur Rohmaterialien für den 3D-Drucker nötig sind“, sagt Euringer. „Dabei dürfte die Entwicklung geeigneter Rohmaterialien eines der zentralen Themen sein, die über den technischen und wirtschaftlich effizienten Einsatz der Methode entscheiden werden.“

Die neue Technik biete auch bei der Planung einen wichtigen Vorteil, sagt Euringer: „Ein detailreiches, exaktes virtuelles 3D-Modell ist Basis des 3D-Drucks und deswegen zwingend notwendig. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass die noch weit verbreitete, gern fehlerbehaftete 2D-Planung obsolet würde.“

Die Arbeit verlagert sich vom Mauern, Eisenflechten und Betonieren hin zu neuen, weniger arbeitsintensiven Tätigkeitsfeldern. Thomas Euringer, Professor für Bauingenieurwesen und Bauinformatik an der OTH Regensburg

Das Augsburger Unternehmen Voxeljet zählt zu den Pionieren industrietauglicher 3D-Drucksysteme. „Das große Potenzial der Technik liegt darin, Baustoffe mit neuen Eigenschaften zu entwickeln und auszudrucken. Wir haben ein auf Beton basierendes Baumaterial entwickelt, das durch seine geschlossene Oberfläche Feuchtigkeit abweist und absolut feuerbeständig ist“, sagt Tobias Grün von Voxeljet. „Die vielen verschiedenen Stoffe, die wir beim 3D-Druck einsetzen können, geben der Baubranche neue Potenziale“, sagt Grün. Er geht davon aus, dass der 3D-Druck schon bald eine etablierte Technik sein wird.

Ein Roboter als Maurer

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Die Augsburger Firma Kuka entwickelt sensitive Leichtbauroboter, die durch ihre Sensorik eine Art Feingefühl besitzen. Foto: dpa

Laut einer Studie der Unternehmensberatung Roland Berger verbringt ein Bauarbeiter 70 Prozent seiner Arbeitszeit nicht mit seiner Haupttätigkeit, sondern „auf Wegen und mit Transportarbeiten, mit Auf- und Umräumarbeiten sowie auf der Suche nach Materialien oder Geräten“. Das ruft Firmen wie den Augsburger Roboterhersteller Kuka auf den Plan, die sich mit der Frage beschäftigen, wie Roboter auf einer Baustelle arbeiten können. Kuka entwickelt sensitive Leichtbauroboter, die durch ihre Sensorik eine Art Feingefühl besitzen. Was wo zu tun ist, lernt der Roboter anhand der 3D-Baupläne, die Konstrukteure in der sogenannten Computer-Aided-Design-Software (CAD) hinterlegen. Hat der Roboter seinen Platz gefunden, ist er in der Lage, sich mithilfe von Suchalgorithmen seine optimale Position zu ertasten, um dann dort zum Beispiel mit seiner Montagearbeit zu beginnen.

Das schafft auch der schnellste Maurer nicht

Die australische Firma Fastbricks entwickelte einen Roboter namens „Hadrian“, der in zwei Tagen ein kleines Haus mauern kann. Er verbaut 1000 Steine pro Stunde – das schafft auch der schnellste Maurer nicht. Der Automat behandelt die Steine mit einem Kleber anstatt Mörtel. Eine CAD-Software steuert den Roboterarm. Die intelligente Maschine lernt so die Position jedes Ziegels kennen. Dann nimmt sie der Roboter nacheinander mit einer Greifhand auf, kürzt sie bei Bedarf, lässt den Kleber darauf fließen und legt sie an die richtige Stelle.

Smarte Roboter werden die Bauarbeiter jedoch nicht so schnell verdrängen, prophezeit Euringer. Mit Blick auf das gedruckte Haus made in Russland betont er, dass der 3D-Druck noch in den Kinderschuhen stecke. Derzeit komme er nur bei der Herstellung des Rohbaus in Frage. Daher sei auch das Sparpotenziel auf die Lohnkosten und hier auch nur auf Teile des Rohbaus begrenzt. „Es gibt einen ganzen Wust zeitintensiver Arbeiten, die ein 3D-Drucker nicht erledigen kann, zum Beispiel die Vorbereitung des Innenausbaus, das Dach, die Sanitäranlagen oder die Elektroinstallation. Diese Arbeiten bleiben den Handwerkern“, sagt Euringer.

Wie Lego, nur für Große

Auch der 3D-Drucker von Apis Cor kam nicht ohne Menschenhand aus. Handwerker mussten die Isolierung übernehmen, das Dach draufsetzen sowie die Fenster einbauen.

In diesem Youtube-Video sehen Sie, wie das Haus aus dem 3D-Drucker entsteht:

Euringer verweist auf eine weitere Facette der neuen Technik: 3D-Drucker, die Fertigteile ausspucken. Auf der Baustelle werden sie dann zusammengesetzt. Nach dieser Methode entstand in Amsterdam das 3D-Grachtenhaus als Forschungsprojekt. Vier Stockwerke, 13 Zimmer, charakteristischer Treppengiebel. Der Drucker wurde mit Bio-Kunststoff gefüttert und druckte dann ein Stück Treppe, Wände oder Teile der Fassade für das Grachtenhaus 4.0 aus – alles fix und fertig zum Zusammenbauen. Euringer sagt: „Das ist wie Lego, nur für Große.“

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