3D-Druck verändert die Bauindustrie

Die Bauindustrie verändert sich, da der 3D-Druck den Bau von Gebäuden und anderen Bauwerken billiger und schneller macht, indem Bauprozesse mithilfe von Roboterlösungen zum Extrudieren von Beton automatisiert werden. In den letzten fünf Jahren hat der 3D-Konstruktionsdruck (3DCP) begonnen, mit der Verbreitung von AM-Anwendungen und Verbesserungen in anderen Branchen wie dem Gesundheitswesen und der Industrie Schritt zu halten und eine der größten Branchen der Welt grundlegend zu verändern.

Die 3D-Baudruckindustrie verstehen

3D-Drucker, die für den Bau verwendet werden, fallen im Allgemeinen in zwei Kategorien:Aufbauten im Gantry-Stil und Roboterarme, wobei die erste die dominierende Lösung für den Vor-Ort-Druck ganzer Gebäudestrukturen ist. Darüber hinaus werden Akteure in der 3D-Baudruckindustrie kategorisiert, indem sie entweder ausschließlich Technologieanbieter (wie COBOD International) sind; End-to-End-Anbieter schlüsselfertiger Gebäude, die auch als Auftragnehmer fungieren und ihre eigenen proprietären Materialien verwenden; oder sogar als Generalunternehmer, die den gesamten Bau neuer Gebäude von Anfang bis Ende verwalten.

Der Einsatz des 3D-Konstruktionsdrucks hat in den letzten fünf Jahren schnell zugenommen, nicht nur in Bezug auf die gebauten Gebäude, sondern auch in Bezug auf die Art der Gebäude oder Strukturen, die hergestellt werden. Um nur einige 3DCP-Anwendungen und Beispiele zu nennen, wurden COBOD-Maschinen allein von unseren Partnern verwendet, um ein-, zwei- und dreistöckige Gebäude bis zu 4.100 ft2 zu drucken (z. B. PERI Group). Sie haben Schulen gebaut (Holcim/14 Bäume), Turmbasen für Windkraftanlagen in 30 Fuß Höhe (GE Renewable Energy) und viele andere Bauwerke auf sechs Kontinenten.

Beim Wohnungsbau, dem bisher interessantesten Bereich, deckt 3DCP bis zu maximal 45 Prozent der Gesamtkosten für den Bau des Gebäudes ab. Denn einige Kostenarten können drucktechnisch noch nicht adressiert werden:Dazu gehören Veredelung/Oberflächen, Fenster, Türen und verdeckte Bauteile wie Mechanik, Elektrik oder Sanitär. Bei eher kommerziellen und industriellen Anwendungen wie den Türmen von Windkraftanlagen deckt die Technologie einen viel höheren Prozentsatz ab, bis zu 80 % der Gesamtkosten.

Da der 3DCP-Markt noch in den Kinderschuhen steckt, sind Marktgrößenschätzungen für die Branche noch zu früh, um ihnen zu vertrauen. Aufgrund der Größe des Baumarkts wäre die Marktgröße jedoch immer noch enorm, wenn 3DCP auf nur 0,01 Prozent der Baustellen eingesetzt würde.

Warum nimmt der 3D-Konstruktionsdruck Fahrt auf?

Es gibt vier Hauptvorteile von 3DCP:Automatisierung, Geschwindigkeit, verbesserte Nachhaltigkeit und zusätzliche Designfreiheit. Hier gehe ich nur auf die ersten beiden Vorteile ein.

Kostenreduzierende Automatisierung:Die Baubranche gehört zu den am wenigsten automatisierten/digitalisierten Branchen mit großem Produktivitätssteigerungspotenzial. Von 1947 bis 2010 stieg die Produktivität in den USA im verarbeitenden Gewerbe um das 8-fache und in der Landwirtschaft um das 16-fache, während im Baugewerbe kaum Produktivitätsgewinne zu verzeichnen waren. Als Folge dieses und anderer Faktoren sind die Kosten für den Erwerb eines Eigenheims in den letzten Jahren dramatisch gestiegen, was teilweise zu einem immer größeren Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage geführt hat, wobei allein in den USA eine Lücke von vier Millionen Eigenheimen besteht. Verschärft wird die Situation in letzter Zeit durch dramatisch gestiegene Materialpreise (z. B. Holz und Stahl) und einen allgemeinen Fachkräftemangel. Während 3DCP allein all diese strukturellen Probleme nicht lösen kann, reduziert die Automatisierung von Prozessen die Kosten, indem der Arbeitskräftemangel angegangen wird, da die Drucker nur von 3 Personen bedient werden müssen. In letzter Zeit wurden unter anderem von COBOD auch Lösungen entwickelt, mit denen es möglich ist, gewöhnlichen Beton für 3DCP (anstelle der um ein Vielfaches teureren Mörtel) zu verwenden, der zu den weltweit billigsten Baumaterialien gehört.

Verbesserte Geschwindigkeit für eine schnellere Projektausführung:Aufgrund der zunehmenden Erfahrung mit der Beherrschung des Einsatzes der 3DCP-Technologie durch immer mehr Unternehmen sind wir nicht weit davon entfernt, dass die Wände eines typischen 2.000 ft2 großen Hauses in nur fünf Arbeitstagen in 3D gedruckt werden. Das Gleiche mit konventionellen Methoden wie Stabrahmen oder Mauerwerk zu tun, würde erheblich länger dauern und mehr Arbeiter in Anspruch nehmen. Als Beispiel für die einfache Lernkurve von 3DCP benötigte unser Partner PERI Group 2020 36 Tage, um sein erstes Gebäude, ein zweistöckiges, 1.700 ft2 großes Haus in Deutschland, in 3D zu drucken. Dies entspricht etwa 50 ft2 pro Tag. Als sie einige Monate später ihr zweites Projekt fertigstellten, eine viel größere dreistöckige Einheit mit fünf Wohnungen und 4.100 ft2, reduzierten sie die Druckzeit auf nur 21 Tage, was ungefähr 200 ft2 pro Tag entspricht. Sie vervierfachten ihre Produktivität vom ersten zum zweiten Projekt. Wie viel weiter werden sie die Druckzeit bei der Ausführung ihres 10. Projekts verkürzen? Was ist mit Projekt Nummer 100? Mit nur einer Verdoppelung der Produktivität – und das scheint nach den bisherigen Ergebnissen sehr wahrscheinlich – wird das Ziel von fünf Arbeitstagen für ein 2.000 ft2 Gebäude bald erreicht sein.

Die Zukunft des 3D-Drucks im Bauwesen

3DCP steht natürlich vor Hindernissen, um sein volles Potenzial auszuschöpfen, wie z. B. aktualisierte Bauvorschriften/-standards und Weiterbildung der Arbeitskräfte. Wir sind jedoch sicher, dass die Technologie die Bauindustrie von einer technologischen S-Kurve zur nächsten führen wird, was die oben genannten Vorteile und mehr mit sich bringt.

Vergleichen Sie die ersten PC-Laptops und Mobiltelefone der 1980er Jahre mit ihren Gegenstücken von heute:3DCP wird sich auf eine ähnliche Reise der Verbesserung und weit verbreiteten Nutzung begeben, die diese anderen bahnbrechenden Technologien erlebt haben, angetrieben von drei Faktoren. Erstens werden die Drucker zuverlässiger und schneller. Zweitens werden die 3D-Drucker größer werden, was größere Projekte ermöglicht. Daher ist es wahrscheinlich, dass wir innerhalb eines Jahres Druckereien sehen werden, die in der Lage sind, Gebäude mit bis zu fünf oder sogar sechs Stockwerken zu bedrucken. Drittens werden neue Anwendungsfälle entwickelt, z. B. ein größerer Fokus auf gewerbliche Gebäude und Strukturen, nicht nur auf Wohnhäuser, wo die 3DCP-Technologie einen größeren Anteil der Gesamtkosten abdecken kann.