Drucken der Zukunft: 5 Schlüsselfaktoren, die den 3D-Druck im Baugewerbe vorantreiben

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Die Weltbank prognostizierte, dass bis 2025 1,6 Milliarden Menschen von der weltweiten Wohnungsknappheit betroffen sein werden. Doch es gibt eine Technologie, die die Möglichkeit bietet, dieses Problem anzugehen, und die schnell die Aufmerksamkeit der Regierung auf sich zieht.

Laut Straits Research belief sich der weltweite Markt für 3D-Konstruktionsdruck (3DCP) im Jahr 2021 auf 10,94 Millionen US-Dollar, wobei zwischen 2022 und 2030 ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 101 % erwartet wird. Durch das Hin- und Herschichten von Beton, Polymer, Metall oder anderen Materialien mit einem Roboterarm können die Drucker schwer zugängliche Orte erreichen, an denen es ebenfalls an Wohnraum und Arbeitskräften mangelt.

3DCP kam gerade rechtzeitig, um schnelle Strukturen bereitzustellen, die die Sonne von den Köpfen, die Belastung von den Arbeitern und den Druck von der Umwelt fernhalten. Werfen wir einen genaueren Blick auf die fünf wichtigsten Faktoren, die die Wachstumsrate von 3DCP beeinflussen.

3DCP ermöglicht eine schnelle Konstruktion durch schichtweises Auftragen von Materialien und reduziert so den Zeitaufwand für herkömmliche Baumethoden. Diese Geschwindigkeit ist besonders wertvoll für Projekte mit engen Fristen oder Notsituationen, wie zum Beispiel Katastrophenhilfewohnungen.

Nehmen Sie zum Beispiel Power2Build. Sie druckten Angolas erstes 3D-gedrucktes Gebäude. Die Gesamtkosten für das Material der Betonwände betrugen weniger als 1.000 USD. Darüber hinaus gilt dieses Bauprojekt als Beginn der 3D-Druck-Baurevolution und als erstes 3DCP-Haus überhaupt.

Auch Amerika sieht das Versprechen von 3DCP: Project Virginia ist eine Initiative zum 3D-Druck von über 200 erschwinglichen Häusern innerhalb von drei Jahren, beginnend im Jahr 2022. Das Projekt umfasst nicht nur den 3D-Druck von Häusern, sondern auch Straßen und die notwendigen Versorgungseinrichtungen für die 3D-gedruckten Häuser . Und erst letztes Jahr wurde in Mexiko die erste 3D-Drucklösung für Beton von dem führenden multinationalen Baustoffkonzern Cemex und COBOD, Weltmarktführer für 3D-Drucklösungen für den Bau, eingeführt.

Während die anfänglichen Einrichtungs- und Investitionskosten für die 3DCP-Technologie hoch sein können, führt sie oft zu langfristigen Kosteneinsparungen aufgrund reduzierter Arbeitskosten, minimierter Materialverschwendung und optimierter Bauprozesse, die alle zur Gesamteffizienz des Budgets beitragen.

Von niedlichen Stadthütten bis hin zu solarbetriebenen Häusern ermöglicht 3DCP komplizierte, komplexe und praktische Architekturentwürfe, die das herkömmliche Denken im Bauwesen in Frage stellen. Diese Gestaltungsfreiheit eröffnet neue Möglichkeiten für innovative und einzigartige Strukturen.

Architekten können auch beim Drucken dieser Konstruktionen kreativ werden. 3DCP ermöglicht die Vorfertigung von Komponenten außerhalb des Standorts und den Zusammenbau vor Ort, wodurch Arbeitsaufwand und Bauzeit vor Ort reduziert werden. Dies ist besonders wertvoll in Szenarien, in denen Projektmanager den Bau entsprechend spezifischer Zeitvorgaben oder der Bodenvorbereitung anpassen müssen.

Die Idee dahinter ist, dass Ingenieure mit zunehmender 3DCP- und Design-Software mehr Kontrolle über ihre Arbeit haben können. Sie können die Materialhaltbarkeit, die Druckgeschwindigkeit und die Transportkosten programmieren und berechnen und so effizientere und zugleich kreativere Bauprozesse ermöglichen.

Es ist keine Überraschung, dass die Bauindustrie zunehmend unter Druck steht, ihre Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren und in ihrer gesamten Wertschöpfungskette nachhaltiger zu werden. 3DCP ermöglicht eine präzisere Materialverwendung, was den Abfall minimiert und mit umweltfreundlichen Materialalternativen kompatibel ist.

Ein 3D-gedrucktes Haus im Oman mit D.fab. Bild mit freundlicher Genehmigung von COBOD.

Der revolutionäre Baustoff D.fab ist nur ein Beispiel für alternative Baustoffe, der die Haltbarkeit von herkömmlichem Beton mit einem 1,5-mal geringeren CO2-Fußabdruck als Mörtel bietet, die normalerweise in 3DCP verwendet werden. Bei der additiven Schichtfertigung drucken Bauarbeiter nur genau das, was nötig ist, wodurch die Verschwendung ursprünglich teurer Materialien reduziert wird.

Ebenso ist der synthetische Light Stone von Mighty ein schnell aushärtender Polymerverbundstoff, der zu 60 % aus recycelten Elementen besteht und im Vergleich zu herkömmlichen Methoden 99 % weniger Abfall verursacht.

Beide Substanzen sind stark genug, um beim Drucken horizontaler Linien ihr Eigengewicht zu tragen und verfestigen sich unter Einwirkung von UV-Licht zu sicheren, witterungsbeständigen Strukturen.

Die fortlaufende Forschung und Entwicklung im Bereich 3DCP führt zur Verfeinerung der Techniken und zur Entwicklung neuer, für den Bau geeigneter Materialien. Mit fortschreitender Technologie werden sich die Kosteneffizienz, Effizienz und Zuverlässigkeit von 3DCP weiter verbessern.

Laut Associated Builders and Contractors (ABC) belief sich der Arbeitskräftemangel im Baugewerbe im Jahr 2023 auf über eine halbe Million. 3DCP begegnet Arbeitsengpässen, indem es Bauaufgaben automatisiert und den Bedarf an manueller Arbeit in gefährlichen Umgebungen reduziert. Dies kann die Arbeitssicherheit verbessern und gleichzeitig die Auswirkungen des Arbeitskräftemangels abmildern.

Japan hat bereits Modelle für Notunterkünfte in weniger als 24 Stunden gebaut, die weniger als 3 Millionen Yen (rund 20.520 US-Dollar) gekostet haben, und das mit wenig bis gar keinem Bauteam. Tvasta Manufacturing Solutions schreibt in ihrem Blog: „Ein Standard-3D-Drucker kann ein 2.000 Quadratmeter großes Haus in weniger als einer Woche herstellen, was einem Achtel der Gesamtzeit entspricht, die heute für den Bau eines funktionierenden Hauses aufgewendet wird.“ Durch die Steigerung der Effizienz und die Verkürzung der Zeit, die vor Ort benötigt wird, verringert 3DCP den Bedarf an großen Bauteams vor Ort und über längere Zeiträume.

Ein von Tvasta und der indischen Armee in 3D gedrucktes Gebäude. Bild mit freundlicher Genehmigung von Tvasta.

Von fünf Generalunternehmern, die in den Ruhestand gehen, tritt nur einer ins Berufsleben ein. 3DCP fördert einen sichereren Arbeitsplatz mit vorhersehbaren Arbeitszeiten, da Mitarbeiter die Möglichkeit haben, bei schlechten Wetterbedingungen in geschlossenen Räumen zu arbeiten, was bessere Arbeitsbedingungen ermöglicht.

Darüber hinaus kann die Arbeit lokalisiert werden. Herkömmliche und starre Bauweisen verhindern die behördliche Genehmigung in abgelegenen oder rauen Umgebungen, beispielsweise in von Katastrophen heimgesuchten Gebieten oder Gebieten, die anfällig für Erdrutsche sind. Die 3DCP-Technologie kann unter solchen Bedingungen mit weniger Personal auf einer Baustelle Lebensräume, Schutzräume oder Infrastruktur schaffen.

Mit zunehmender Akzeptanz von 3DCP entwickeln sich Regulierungsbehörden und Industriestandards weiter, um dieser neuen Technologie Rechnung zu tragen. Klarere Richtlinien und Standards können einen Rahmen bieten, der das Vertrauen in 3D-gedruckte Konstruktionen stärkt.

Die größte Herausforderung besteht jedoch darin, herauszufinden, wie diese Gebäude zu bewerten sind. Aufgrund der Erschwinglichkeit und der Anforderungen an den Umweltschutz im Wohnungsbau wird es einen starken Druck auf die Genehmigung von 3D-gedruckten Strukturen geben. Während weitere Informationen zur Bewertung dieser Technologie in Codes und Standards erforderlich sind, können Organisationen wie NFPA, der International Code Council und UL helfen. UL hat bereits einen Rahmenvorschlag für die Bewertung und Genehmigung von 3D-gedruckten Gebäuden veröffentlicht.

Da immer mehr 3DCP-Projekte an Aufmerksamkeit und Sichtbarkeit gewinnen, nehmen die Akzeptanz und die Finanzierung zur Unterstützung dieser Technologie zu. Diese positiven Wahrnehmungen und erfolgreichen Fallstudien werden zu einem umfassenderen kulturellen Wandel hin zur Einführung innovativer Baumethoden beitragen.

Ibon Iribar, Investment- und Open-Innovation-Berater bei CEMEX Ventures, erforscht und analysiert eingehend fortschrittliche Technologien für die Bauindustrie und hilft bei der Identifizierung von Investitions- und Geschäftsentwicklungsmöglichkeiten mit neuen Startups, Projekten und Einheiten des Bautechnologie-Ökosystems in mehreren Märkten. Ibon leitet die Bemühungen für die größte Herausforderung für Bau-Startups, den Bau-Startup-Wettbewerb, und arbeitet das ganze Jahr über an der Suche nach den innovativsten und vielversprechendsten Lösungen, in die man investieren oder mit denen man zusammenarbeiten kann, um die Entwicklung von Startups und ihr Wachstum in der gebauten Umwelt zu unterstützen.

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