3D-Druck Häuser – Innovation im Bauwesen
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Dirk von a better place
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Das 3D-Druck-Haus ist sicherlich auf den ersten Blick eine gute Idee und stellt eine Innovation im Bauwesen dar. Wir haben uns den neuen Trend in der Baubranche in Bezug auf die Kosten und Möglichkeiten näher angeschaut und möchten versuchen, mit diesem Artikel die Fragen der Bauherren rund um dieses Bauverfahren zu beantworten.
Kurz & Kompakt
Die Kosten im Vergleich zu einem herkömmlich gebauten Haus: Das 3D-Druck-Haus ist günstiger als ein konventionell errichtetes Wohnhaus. Grund hierfür sind die kürzere Bauzeit und der geringe Materialverbrauch.
Das Haus aus dem Drucker als nachhaltige Lösung für die Zukunft: Aktuell werden sowohl in Deutschland als auch in Europa und den USA Erfahrungen zu diesem Thema gesammelt. Sobald sich die neue Technologie am Markt etablieren kann, sorgt dies für bezahlbaren Wohnraum für mehr Menschen. Die Tendenz geht in Richtung Öko-Haus, mehr Energieeffizienz und gesundes Wohnen. Je weiter sich die Technik entwickelt, umso einfacher können Küche oder Bad direkt bei der Planung integriert werden.
Anbieter in Deutschland: Neben dem Familienunternehmen Peri aus Deutschland gibt es bis jetzt nur noch eine dänische Firma, die solche Bauten anbietet.
Einführung in den 3D-Druck im Bauwesen
Beim 3D-Druck im Bauwesen werden die Wände aus Betonmörtel Schicht für Schicht gedruckt. Dies soll nicht nur den Hausbau beschleunigen, sondern auch Kosten und Material sparen. Was so fantastisch klingt, hat aber auch seine Schattenseiten, die wir uns angeschaut haben.
Geschichte und Entwicklung des 3D-Drucks im Bauwesen
1987 wurde mit dem SLA-1 der erste 3D-Drucker vom Unternehmen Hill und der 3D Systems Corporation auf den Markt gebracht. Mit diesem Drucker ließen sich komplexe Werkstücke, wie es im Bauwesen der Fall ist, in schichtweisem Aufbau innerhalb kürzester Zeit erstellen.
Ab 2011 kam die Technik für den Bau von Notunterkünften in Katastrophengebieten sowie für bezahlbare Wohnungen in sogenannten Schwellenländern zum Einsatz.
Erwiesenermaßen verursacht die Bauwirtschaft rund 40 % der weltweiten Treibhausgas-Emissionen und hält weiterhin an den verschwenderischen und teilweise gefährlichen Arbeitsweisen fest. Der 3D-Druck für das Bauwesen wäre die Lösung, da er umweltfreundliche Alternativen zur Herstellung von zementbasierten Produkten und für Metallbewehrungen bietet. Im Hinblick auf die Klimakrise besteht hier zwingend Handlungsbedarf.
Ebenfalls ein wichtiger Faktor in der Entwicklung ist die Zeitersparnis. So hat zum Beispiel 2016 ein chinesisches Unternehmen ein zweistöckiges Haus mithilfe eines 3D-Druckers innerhalb von 45 Tagen gebaut. Eine Firma in Boston benötigte gar nur 24 Stunden, um ein Gebäude mit einer Grundfläche von 37 Quadratmetern zu errichten.
Überblick über die Technologien und Materialien
Entscheidend beim 3D-Druck und der Wahl des benötigten Materials ist der Einsatzzweck, da jedes Material seine spezifischen Stärken und Schwächen hat. Zu den verschiedenen Materialien zählen:
Bio-Kunststoff
Metalle
Keramik und Ton
Papier
Wachs
Sandstein und Gips
Harze
Sonstige Materialien für Essen wie Schokolade und Fruchtgummi
Zu den beliebtesten Technologien des 3D-Drucks zählen:
Schmelzschichtung (FDM)
Stereolithografie (SLA)
Selektives Lasersintern (SLS)
Grundsätzlich ist der 3D-Druck als additive Fertigung bekannt. Bei diesem Verfahren werden dreidimensionale Objekte anhand eines computergenerierten Designs schichtweise erstellt.
Funktionsweise des 3D-Drucks im Hausbau
Grundprinzipien und Verfahren des 3D-Drucks im Bauwesen: Beim 3D-Druckverfahren für Häuser sind technisch betrachtet zwei Druck-Varianten möglich. Für ein Haus mit einem kreisförmigen Grundriss dreht sich der Druckkopf des 3D-Druckers in Kreisen um seine eigene Achse. Sobald der Druckkopf an zwei Achsen befestigt wird, lassen sich alle erdenklichen Formen sowie Wände herstellen. Jedoch ist der Aufbau dieser Variante sehr aufwändig. Aus diesem Grund werden die 3D-Drucker der Anbieter auch nur selten vor Ort aufgebaut. Die benötigten Bauelemente werden in den eigenen Werkshallen gedruckt und für den Aufbau zur Baustelle geliefert. Vergleichbar ist dies mit einem Fertighaus.
Unterschiede zwischen herkömmlichen Bauweisen und 3D-Druck: Für ein Haus aus dem 3D-Drucker reduziert sich der Materialverbrauch deutlich. Im Vergleich zu den herkömmlichen Bauweisen kommt es zu rund 78 % weniger Umweltbelastung, was auf die präzise Dosierung der verwendeten Materialien und die Minimierung von Abfällen zurückzuführen ist. Für Häuser aus dem 3D-Drucker wird weniger Material benötigt und es ist weniger Arbeit nötig, da der komplette Druckvorgang automatisiert abläuft. Für den Anbieter von Häusern bedeutet dies geringere Arbeitskosten und Materialersparnis. Des Weiteren können die Materialien lokal beschafft werden, was ebenfalls deutlich weniger Zeit in Anspruch nimmt.
Verwendung von Beton und anderen Baumaterialien: Bisher wurden Häuser aus dem 3D-Drucker aus zementhaltigem Beton hergestellt. Manche Bauunternehmen möchten in Zukunft CO₂-neutral arbeiten und experimentieren aus diesem Grund mit alternativen Materialien. Dazu zählen neben den verschiedenen Erdmischungen auch Stroh und Recyclingmaterialien.
Vorteile und Herausforderungen des 3D-Drucks im Hausbau
Das Haus bauen mit dem 3D-Drucker bietet nicht nur eine Reihe von Vorteilen, sondern sorgt auch für Herausforderungen. Vor einer endgültigen Entscheidung zum 3D-Haus sollten Bauherren sich sowohl über die Vor- als auch Nachteile zum Haus aus dem 3D-Drucker informieren.
Vorteile
Anbieter, die das 3D-Haus in ihrem Portfolio haben, weisen immer wieder auf die Vielzahl von Vorteilen beim 3D-Drucken hin. Nachfolgend einige davon.
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Geringerer ökologischer Fußabdruck:
Leider gehört die Baubranche immer noch zu den größten Umweltsündern, denn für die Herstellung der Baustoffe wird viel Energie benötigt. Der Transport der Baustoffe sowie der Betrieb von Baumaschinen tun ihr Übriges. Dank der 3D-Technologie können Gebäude nicht nur günstiger gebaut werden, sondern auch der ökologische Fußabdruck lässt sich verkleinern. Mit dem Einsatz der 3D-Drucker kann auf die Verwendung von Beton und Zement im großen Stil verzichtet werden, da deren Herstellung große Mengen an CO₂ verursacht. Dank der neuen Technologie lassen sich neuartige und nachhaltige Alternativen nutzen. -
Reduzierung von Abfall:
Rund ein Drittel des Abfalls wird von der Bauindustrie erzeugt. Dies gilt sowohl für den Abriss als auch für den Neubau. Zur Sicherheit werden die verwendeten Materialien in großen Mengen bestellt. Mit einem 3D-Drucker lässt sich der Abfall nahezu auf null reduzieren, da der 3D-Drucker nur das tatsächlich benötigte Material zum Druck der Strukturen benötigt. Dies wiederum führt zu großen Einsparungen. -
Zeit- und Kostenersparnis:
In zahlreichen Studien konnten die finanziellen und zeitlichen Vorteile beim Einsatz von 3D-Druckern nachgewiesen werden. 3D-Drucker arbeiten rund um die Uhr und sind auch in der Lage komplizierte Teile herzustellen, sodass Effizienzsteigerungen von 40 bis 80 % möglich sind. Dies senkt die Baukosten deutlich.
Nachteile
Bevor Bauherren sich für ein Einfamilienhaus aus dem 3D-Drucker entscheiden, sollten sie auch die Nachteile kennen.
- Die 3D-Drucktechnologie befindet sich noch in der Erprobungsphase, sodass es immer wieder zu Fehlern kommen kann. Aktuell können zum Beispiel noch keine Fenster und Türen gedruckt werden. Lediglich der Rohbau beim Einfamilienhaus ist möglich.
- Nur wenige Unternehmen in Deutschland bieten die 3D-Drucktechnologie an.
- Aktuell wird mit den 3D-Druckern nur Spezialbeton verarbeitet, der Nachteile auf die Feuchtigkeitsabgabe und die Raumakustik hat. Aufgrund seines hohen CO₂-Gehalts und des hohen Energieverbrauchs bei der Herstellung handelt es sich um keinen ökologischen Baustoff.
- Bei der Bauweise sind nur bestimmte Maße möglich, je nach Druckerarm.
- Entscheidungen für den Innenausbau (Lage der Steckdosen usw.) müssen frühzeitig getroffen werden und sind bindend.
Planung und Umsetzung 3D-Druck Haus
Beim Bauen von 3D-Druck-Häusern stehen zwei Bauweisen zur Wahl.
Bauweise 1: Die Wände aus Beton werden im Werk in Beckum mit einem Betondrucker vorgefertigt und zur Montage auf die Baustelle geliefert.
Bauweise 2: Die Fertigung rund um das 3D-Druck Haus erfolgt nicht in Beckum, sondern direkt auf der Baustelle. Das Familienunternehmen Peri hat so ein 3D Haus errichtet.
Die Bodenplatte, das Fundament, die Decken und das Dach werden nach wie vor konventionell hergestellt.
Sobald die Planung für das Haus abgeschlossen ist, kommt der zertifizierte Drucker BOD2 von Peri zum Einsatz. Dieser wird von 2 Personen bedient. Neben dem Drucker sind auf der Baustelle noch ein Silo und eine Mischpumpe nötig. Nachdem der Drucker auf Blöcken aus Beton befestigt ist, trägt der Druckerarm den flüssigen Spezialbeton Schicht für Schicht auflaufend laut dem Grundriss auf die Bodenplatte auf. Dabei sind die Wände dreischalig. Das Haus wächst so Stück für Stück, wobei Öffnungen für Fenster und Türen ausgespart werden. Beim Druckprozess werden die Aussparungen für Leitungen, Dämmung und Anschlüsse berücksichtigt.
Kostenkalkulation und Finanzierung
In Beckum lagen die Kosten für ein 3D-Druckhaus in gehobener Ausstattung mit Smart-Home-Technik bei rund 450.000 Euro. Erst bei nachfolgenden Projekten im 3D-Betondruck lassen sich exakte Zahlen je nach den verschiedenen Faktoren nennen. Schon heute kann gesagt werden, dass das Interesse sehr groß ist und laut Jan-Peter Graumann der Firma Peri eine Reihe von internationalen Kunden eine Anfrage gestellt hat. Graumann ist Global Business Development Manager im Construction Printing Team von Peri.
Das Wohnhaus im Beckum entstand als Prototyp. Im Rahmen des Förderprogramms „Innovatives Bauen“ wurde das Pilotprojekt vom Land Nordrhein-Westfalen genehmigt und mit 200.000 Euro bezuschusst.
Grundsätzlich liegen die Kosten für ein schlüsselfertiges Haus mit gehobener Ausstattung bei 2.500 bis 3.000 Euro pro Quadratmeter.
Technische und rechtliche Rahmenbedingungen
Aktuell ist das neue Druckverfahren im Hochbau in den Bauvorschriften noch nicht verankert, sodass es zu Problemen bei den Genehmigungsverfahren kommen kann. Bauherren, die sich für ein einfaches Gebäude wie zum Beispiel ein Tiny House zum Wohnen entscheiden, müssen den üblichen Bauantrag bei der zuständigen Behörde stellen. Sofern der Bebauungsplan nicht dagegen spricht, steht dem Bau eines solchen Hauses nichts im Wege.
In Deutschland gibt es bisher noch keine Normen oder Standards für 3D-Häuser. In der TU München wird jedoch schon seit Jahren im Rahmen der neuen Innovation geforscht. Aus diesem Grund wurde in Deutschland bereits eine Baugenehmigung für zwei gedruckte Häuser mit mehreren Etagen ausgestellt.
Zukunftsaussichten des 3D-Drucks im Hausbau
Wenn man dem Unternehmer und Gesellschafter Georgios Staikos glaubt, sind Immobilien, die Schicht für Schicht aus dem Drucker entstehen der Trend in der Branche, da diese Gebäude echtes Potenzial bieten und einen neuen Weg aufzeigen. Laut Georgios Staikos werden die aktuell fehlenden Fachkräfte durch den ein Satz eines Druckers ersetzt. Für sind sind die Gebäude Vorreiter einer neuen Zukunft.
Ilona Klein vom Zentralverband des Deutschen Baugewerbes sieht das vollkommen anders. Für sie dominieren nach wie die Nachteile. Technologische Entwicklungen und Trends
Fazit
Nach dem Prinzip der additiven Fertigung wird neuer Wohnraum Schicht für Schicht mit dem Drucker erstellt. Der Bau von Gebäuden wird so nicht nur günstiger, sondern auch die Bauzeit verkürzt sich deutlich. Nicht zu vergessen sind die Nachhaltigkeit rund um das Bauen.
FAQ zum Thema 3D-Druck Gebäude
Neben Zement kommen auch die Alternativen Stroh sowie Recyclingprodukte zur Verwendung.
Die Gebäude können nicht nur effizient gebaut werden, sondern lassen sich auch besser recyceln.
Die Druckzeit für den Gebäudedruck variiert je nach Material, Druckdüse und Bauweise. In der Regel kann ein Rohbau mit einer Höhe von einem Meter in wenigen Stunden fertiggestellt werden. Die Bodenplatte wird meist konventionell gegossen, bevor der 3D-Druck startet. Architekten und Bauunternehmen optimieren ständig die Technologie, um den Gebäudedruck weiter zu beschleunigen und effizienter zu gestalten.
Je nach Größe zwischen einem und 45 Tagen.
Aktuell muss mit Baukosten von ca. 2.500 bis 3.000 Euro pro Quadratmeter gerechnet werden.
Moderne Portaldrucker und Roboterarme beschleunigen den Gebäudedruck, indem sie den Rohbau automatisiert Schicht für Schicht erstellen. Während der Druckzeit trägt die Druckdüse präzise das Material auf die Bodenplatte auf, wodurch der gesamte Bauprozess effizienter wird. Für größere Projekte, wie ein Mehrfamilienhaus, setzen Architekten auf weiterentwickelte Maschinen, die stabilere Strukturen für mehrere Stockwerke gewährleisten. Durch die kontinuierliche Verbesserung der Roboter-Technologie wird es in den kommenden Jahren möglich sein, noch komplexere Gebäude mit 3D-Druck zu realisieren.
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