Bauen mit Robotern und 3D-Druckern

Roboter, die Mauern bauen, und 3D-Drucker, die ganze Schalungen für Geschossdecken drucken – die digitale Fabrikation in der Architektur hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS) Digitale Fabrikation haben sich Architektinnen, Robotiker, Materialwissenschaftlerinnen, Statiker und Nachhaltigkeitsexpertinnen der ETH Zürich mit Wirtschaftspartnern zusammengetan, um gleich mehrere neuartige digitale Bautechnologien vom Labor in die Praxis zu überführen. Gebaut wird auf NEST, dem modularen Forschungs- und Innovationsgebäude, welches die Empa und die Eawag auf ihrem Campus in Dübendorf errichtet haben. Hier können Forschende neue Bau- und Energietechnologien unter realen Bedingungen testen. NEST bietet eine zentrale Support-Struktur mit drei offenen Plattformen, an die einzelne Bauprojekte – sogenannte Innovationsunits – andocken können. Vor Kurzem ist der Startschuss für die Bauarbeiten des DFAB HOUSE erfolgt.
Digital entworfen, geplant und gebaut
Das DFAB HOUSE ist insofern speziell, als es nicht nur digital entworfen und geplant, sondern auch weitgehend mit digitalen Prozessen gebaut wird. Mit diesem Pilotprojekt wollen die ETH-Professoren herausfinden, inwiefern digitale Technologien das Bauen nachhaltiger und effizienter machen und das gestalterische Potenzial erhöhen können. Die einzelnen Bauteile wurden auf Basis des Entwurfs digital aufeinander abgestimmt und werden nun direkt ab diesen Daten fabriziert. Eine konventionelle Ausführungsplanung entfällt. Ab Sommer 2018 soll das dreistöckige Gebäude mit einer Nutzfläche von 200 Quadratmetern Gastforschenden von Empa und Eawag sowie Partnern von NEST als Wohn- und Arbeitsort dienen.
Vier neue Bauverfahren im Praxistest
Gleich vier verschiedene Bauverfahren werden im Rahmen des DFAB HOUSE erstmals von der Forschung in die gebaute architektonische Anwendung überführt. Die Bauarbeiten starteten mit der so genannten «Mesh Mould»-Technologie, die Ende 2016 mit dem Swiss Technology Award ausgezeichnet wurde. Die von einem interdisziplinären Team entwickelte Bauweise könnte das Bauen mit Beton künftig grundlegend verändern. Eine zentrale Rolle kommt dabei dem zwei Meter grossen Bauroboter «In situ Fabricator» zu, der sich auf Raupen selbst in einer ständig ändernden Umgebung autonom bewegen kann. Ein von ihm fabriziertes Stahldrahtgitter dient sowohl als Schalung als auch als Bewehrung für den Beton. Dank der engmaschigen Struktur des Stahldrahtgitters und der speziellen Betonmischung bleibt der Beton innerhalb des Gitters und fliesst nicht heraus.
So resultiert am Ende eine doppeltgekrümmte, tragende Wand, welche die Architektur des offenen Wohn- und Arbeitsbereiches im Basisgeschoss prägen wird. Auf ihr wird ein sogenannter «Smart Slab» zu liegen kommen – eine statisch optimierte und funktional integrierte Geschossdecke, für deren Schalung Forschende grossformatigen 3D-Sanddruck nutzen.
Für die Fassade des Basisgeschosses kommt die Technologie «Smart Dynamic Casting» zum Einsatz. Das automatisierte, robotische Gleitschalungsverfahren kann massgeschneiderte Fassadenpfosten aus Beton fabrizieren. Die beiden oberen Stockwerke mit Einzelzimmern werden mittels «Spatial Timber Assemblies» als räumlich von kooperierenden Robotern zusammengefügter Holzbau im Robotic Fabrication Laboratory der ETH Zürich vorfabriziert.
Zusammenarbeit als Schlüssel zum Erfolg
Für ETH-Professor Matthias Kohler, Gründungs-direktor des NFS Digitale Fabrikation und Initiator des DFAB HOUSE, ist es denn auch die Vielfalt an neuartigen Bautechnologien, die das DFAB HOUSE zu einem Leuchtturmprojekt des digitalen Bauens macht. «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.