Erfindungen · Themenbeitrag
Komplexe Betonbauteile brauchen nicht nur einen guten Entwurf, sondern auch eine herstellbare Form. Das ETH-Projekt FoamWork untersucht robotisch gedruckten Mineralschaum als Schalung. Die Erfindung setzt damit vor dem eigentlichen Gießen an. Ein dokumentierter Plattenprototyp zeigt das Prinzip, ohne bereits eine universell zugelassene Bauweise für beliebige Gebäude zu liefern.
Die eigentliche Erfindung steckt in der Negativform
Beton kann sehr unterschiedliche Formen annehmen, doch seine Schalung ist häufig aufwendig. Besonders bei verzweigten Rippen oder wechselnden Querschnitten muss die gewünschte Geometrie zunächst als belastbare Gussform entstehen. FoamWork verlegt diesen Arbeitsschritt in einen robotischen Druckprozess. Ein Team der ETH Zürich entwickelte den Ansatz mit mineralischen Schäumen, die gemeinsam mit dem Unternehmen FenX untersucht wurden. Die gedruckten Elemente besetzen im späteren Bauteil gezielt jene Bereiche, die nicht mit Beton gefüllt werden sollen. So lässt sich eine komplexe innere Ordnung herstellen, ohne jede Aussparung konventionell aus einzelnen Platten zusammenzusetzen. Die Schaumteile können je nach untersuchtem Aufbau im Bauteil verbleiben oder als temporäre Schalung dienen. Beide Varianten stellen unterschiedliche Anforderungen an Material und Verarbeitung.
Eine Platte macht den Ablauf sichtbar
Der öffentlich dokumentierte Demonstrator ist eine etwa zwei mal 1,3 Meter große gerippte Platte. Ihr Rippenmuster orientiert sich an den aus dem Tragverhalten abgeleiteten Hauptspannungsrichtungen. Für die Herstellung wurden 24 Schaumelemente in zwölf unterschiedlichen Formen gedruckt und von Hand innerhalb einer äußeren Holzschalung angeordnet. Anschließend erfolgte der Guss mit ultrahochfestem faserverstärktem Beton. Diese Abfolge zeigt einen wichtigen Unterschied zu vereinfachenden Bildern vom vollständig automatisierten Bauen: Der Roboter druckt hier nicht das fertige Gebäude und auch nicht unmittelbar die ganze Betonplatte. Er fertigt spezielle Formkörper als Teil eines kombinierten Prozesses. Entwurf, Schaumdruck, manuelle Montage, Gießen und Aushärten bleiben eigenständige Schritte, die technisch aufeinander abgestimmt werden müssen und sich gegenseitig beeinflussen.
Vom Demonstrator zur belastbaren Fertigung
Die Forschungsarbeiten behandeln nicht nur die Gestalt, sondern auch Herausforderungen bei Herstellung und Materialkombination. Für eine breitere Anwendung zählen beispielsweise Maßhaltigkeit, das Verhalten beim Betonguss und die Verbindung zwischen den beteiligten Materialien. Eine geometrisch überzeugende Musterplatte ersetzt außerdem keine projektspezifischen Tragfähigkeitsnachweise. Ebenso wenig lässt sich aus einem einzelnen Demonstrator eine allgemeine Kostenersparnis ableiten. Der technische Beitrag liegt zunächst darin, komplexe Schalungskörper direkt aus digitalen Entwürfen herstellbar zu machen. Das kann die Freiheit bei der Bauteilgestaltung erweitern und neue Fertigungsabläufe ermöglichen. FoamWork ist deshalb am treffendsten als experimentell untersuchter Herstellungsansatz beschrieben. Ob er sich für ein konkretes Bauvorhaben eignet, hängt von Bauteilgröße, erforderlichen Eigenschaften, lokaler Fertigung und den jeweils notwendigen Nachweisen ab.
Quellen & weiterführende Informationen
- ETH Zürich, Digital Building Technologies: FoamWorkdbt.arch.ethz.ch
- International Journal of Architectural Computing: Foamworkdoi.org
Mit KI-Unterstützung aus den genannten Quellen in eigenen Worten erstellt. Forschungsergebnisse, technische Prototypen und gesicherte Erkenntnisse werden im Text unterschieden. Dieser Themenbeitrag ist keine tagesaktuelle Meldung.