Konkretes Bauen mit Robotern und 3D-Druckern
Auf dem Nest Gebäude der Empa und Eawag in Dübendorf entsteht zurzeit das «dfab House» – Ein Gebäude, welches mit digitalen Prozessen entworfen, geplant und gebaut wird. Den Anfang macht der mobile Bauroboter «In Situ Fabricator», welcher seit einem Monat mit dem Bau einer «Mesh Mould»-Wand beschäftigt ist.
Quelle: © NCCR Digital Fabrication
Der Bauroboter «In situ Fabricator» baut ein Stahldrahtgitter.
Quelle: Pascale Boschung
Der zwei Meter grosse Bauroboter in seiner vollen Grösse.
Quelle: Pascale Boschung
Das Gerät baut nach Entwürfen, die sich auf einem Laptop befinden.
Quelle: Pascale Boschung
Der «Kopf» der Maschine besitzt unter anderem ein Schweissgerät.
Quelle: Pascale Boschung
Die enge Struktur des Stahldrahtgitters verhindert das Auslaufen des Betons.
Quelle: © NCCR Digital Fabrication
Das Stahldrahtgitter aufgefüllt mit der speziellen Betonmischung.
Quelle: © NCCR Digital Fabrication
Eine Visualisierung des zukünftigen «dfab House» auf dem Nest in Dübendorf.
Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS) Digitale Fabrikation haben sich Architekten, Robotiker, Materialwissenschaftler, Statiker und Nachhaltigkeitsexperten der ETH Zürich mit Wirtschaftspartnern zusammengetan, um mehrere neuartige digitale Bautechnologien gemeinsam in die Praxis zu überführen. Das «dfab House» wird damit das weltweit erste Haus sein, welches mit digitalen Prozessen entworfen, geplant und gebaut wird. Platz finden, wird das Gebäude auf Nest, dem Forschungs- und Innovationsgebäude der Empa und Eawag in Dübendorf. Forschende sollen hier neue Bau- und Energietechnologien unter realen Bedingungen testen können.
Vier neue Bauverfahren im Test
Ziel des Pilotprojektes «dfab House» ist es, herauszufinden, wie digitale Technologie das Bauen nachhaltiger und effizienter machen und daneben das gestalterische Potenzial erhöhen kann. Dazu werden auf Basis eines Entwurfs einzelne Bauteile digital aufeinander abgestimmt und direkt ab diesen Daten fabriziert – damit würde eine konventionelle Ausführungsplanung entfallen. Im Rahmen des Vorhabens werden zudem gleich vier neue Bauverfahren von der Forschung in die gebaute architektonische Anwendung überführt.
Startschuss für den Bau des «dfab House» stellte die sogenannte «Mesh Mould»-Technologie dar, die Ende 2016 mit dem Swiss Technology Award ausgezeichnet wurde (Baublatt berichtete). Die neu entwickelte Bauweise könnte das Bauen mit Beton in Zukunft grundlegend verändern. Der zwei Meter grosse Bauroboter «In situ Fabricator», kann sich auf Raupen in einer ständig ändernden Umgebung autonom bewegen. Das Gerät fabriziert ein Stahldrahtgitter, das sowohl als Schalung als auch als Bewehrung für den Beton dient. Der Beton bleibt zudem dank der engmaschigen Struktur des Gitters (siehe Bilderstrecke) und der speziellen Betonmischung mit dem treffenden Namen «Spaghetti & Meatballs», nicht heraus.
Daraus resultiert am Ende eine doppeltgekrümmte, tragende Wand, auf der ein sogenannter «Smart Slab» zu liegen kommt – ein anderes neuartiges Bauverfahren – der eine statisch optimierte und funktional integrierte Geschossdecke darstellt, für deren Schalung Forschende grossformatigen 3D-Sanddruck nutzen. Eine andere Technologie mit dem Namen «Smart Dynamic Casting» kommt zudem bei der Fassade des Basisgeschosses zum Einsatz. Diese beinhaltet das automatisierte, robotische Gleitschalungsverfahren und kann massgeschneiderte Fassadenpfosten aus Beton fabrizieren. Zu guter Letzt werden mit dem Verfahren «Spatial Timber Assemblies» die beiden oberen Stockwerke mittels Robotern als räumlich zusammengefügter Holzbau im Robotic Fabrication Laborytory der ETH Zürich vorfabriziert.
Der Mobile Bauroboter «In situ Fabricator» baut ein Stahldrahtgitter. (Quelle:Baublatt Youtube-Kanal/ Pascale Boschung)
Kooperation zwischen Forschung und Industrie
Für ETH-Professor Matthias Kohler, Gründungsdirektor des NFS Digitale Fabrikation und Initiator des «dfab House», machen die Vielfalt an neuartigen Bautechnologien das Gebäude zu einem Leuchtturmprojekt des digitalen Bauens. «Im Gegensatz zu Bauprojekten, die nur eine digitale Bautechnologie nutzen, wie zum Beispiel dreidimensional gedruckte Häuser, bringt das dfab House verschiedene neuartige, digitale Bautechnologien zusammen. So können wir sowohl die Vorteile jeder einzelnen Methode als auch deren Synergien nutzen und architektonisch zum Ausdruck bringen», so Kohler.
Dass die verschiedenen Bauverfahren bereits nach kurzer Zeit den Weg auf die Baustelle finden, ist einerseits durch die grosse Zusammenarbeit von verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen möglich, andererseits auch aufgrund der Kooperation zwischen Forschung und Industrie. Die digitalen Technologien werden auch nach der Fertigstellung des «dfab House» im Sommer 2018 zum Einsatz kommen. Unter der Leitung von digitalSTROM AG werden in Kooperation mit mehreren anderen Schweizer Unternehmen neue Smart-Home-Lösungen und Internet-of-Things-Technologien getestet. (pb)
Weitere Infos zum «dfab House» unter: www.dfab.ch
