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Die Zukunft der Architektur: 3D Drucker

27. Juli 2020

Lesezeit: 8 Minuten

von Prof. Dr. Benjamin Dillenburger, Gastautor

Digital Grotesque Dillenburger 3D printing

Die Digitalisierung erreicht langsam auch die Baubranche – und sprengt die bisherigen Grenzen der Komplexität.

Ludwig Mies Van der Rohe – der moderne Kultarchitekt, der die New Yorker Skyline der 1940er Jahre revolutionierte – definierte den Beginn der Architektur als den Moment, in dem zwei Ziegelsteine sorgfältig zusammengefügt werden. Heute müssen wir seine Definition überdenken. 

Auch wenn wir derzeit auf dem Weg sind, jede Woche so viele Häuser wie die Innenstadt von Paris zu bauen, hat sich die Bauweise seit Mies Van der Rohes Zeit überraschenderweise kaum weiterentwickelt. Im Vergleich zu anderen Produktionssektoren zeigt die Produktivitätssteigerung unserer Industrie eine Stagnation – vor allem deshalb, weil die Digitalisierung die Baubranche noch nicht erreicht hat. Angesichts der Grösse und der Auswirkungen dieses Sektors ist das besonders überraschend: Die Zementindustrie ist jedes Jahr für mehr CO2-Emissionen verantwortlich als der Flugverkehr, und über 15% unseres weltweiten BIP fallen auf das Baugewerbe. 

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Der Bausektor hat sich kaum weiterentwickelt (Bild: © Tom Mundy, ETH Zürich).

Wie kann man den Prozess vom Entwurf bis zum Bau digitalisieren? Was sind die Chancen und Herausforderungen, die mit digital gebauten Gebäuden einhergehen? Unsere Forschungsgruppe an der ETH Zürich geht diesen Fragen nach. Unser Fokus: gross angelegte 3D-Drucktechnologien und ihr Potenzial, traditionelle Bauparadigmen in Frage zu stellen. 

Neue Fabrikationstechnologien helfen uns, Bauelemente neu zu erfinden und dadurch die "Bausteine der Zukunft" zu erschaffen. Drei miteinander verbundene Schlüsselentwicklungen verstehen wir als die wichtigsten Triebkräfte dieses grundlegenden Wandels: Digitales Design, digitale Produktion und digitale Materialität.

Digitales Design

Die Bausteine der Zukunft werden mit digitaler Designintelligenz entwickelt. Die Anforderungen an die Architektur – wie z.B. Nachhaltigkeit und Materialeffizienz – können zu Parametern werden, die intelligente Designsoftwares orchestrieren. 

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3D gedruckte Gebäude werden digital designt (Bild: © DBT).

Methoden zur rechnerischen Simulation, Analyse und Vorhersage der Eigenschaften von Bauelementen werden immer leichter verfügbar und intuitiver bedienbar. Sie erzeugen und testen eine unbegrenzte Anzahl von iterativen Entwürfen in Sekundenschnelle; sie koordinieren die Anforderungen an Design und Funktion. Das Schöne daran: 3D-Drucker überwindet die Grenzen der Komplexität und Kreativität. Sie kreieren Muster, die zuvor noch nie gab. Formen entwickeln sich in beispielloser Freiheit und Präzision. 

Dank künstlicher Intelligenz wird der Computer im Designprozess von einem passiven Instrument zu einem aktiven Designpartner, der die Ingenieure und Architekten bei der Entscheidungsfindung massgeblich unterstützt.

Digitale Produktion

Wie in so vielen anderen Industriezweigen werden automatische Fertigungsprozesse zu einem Schlüsselfaktor für Innovation. Die Digitalisierung der Produktion ermöglicht es uns, geometrische, komplexe Formen effizient herzustellen und diesen Prozess zu automatisieren – sei es in einer Vorfertigungseinrichtung oder direkt vor Ort. 

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3D-Drucker reduzieren den Aufwand des Prototyping (Bild: © Axel Crettenand & Keerthana Udaykumar).

Mit ihrer Fähigkeit, die Umgebung zu erfassen, ermöglichen die neuen Generationen von Robotersystemen die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter in unkontrollierten Umgebungen wie Baustellen. 

Neue Arten der Roboterfertigung wie das 3D-Drucken reduzieren drastisch die Zeit, die für Prototyping und Produktion benötigt wird. Dies ermöglicht es uns Entwürfe zu erstellen, die mit traditionellen Produktionstechniken unmöglich zu bauen wären. Schon heute drucken wir die "Bausteine der Zukunft", die mehrere Meter lang sind und in Mikrometern gemessene Konstruktionsdetails enthalten – und das alles innerhalb eines einzigen Tages.

Digitale Materialität

Die Materialeigenschaften sind ebenso zentral wie das Design. Materialien müssen heute nicht mehr nur unter Kostengesichtspunkten betrachtet werden, sondern in ihrem gesamten Lebenszyklus: im Hinblick auf die im Herstellungsprozess verwendete Primärenergie, den logistischen Aufwand, um sie auf die Baustelle zu bringen, und ihre Recyclebarkeit. 

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Wir verteilen Material nur wo nötig (Bild: © DBT).

Der zusätzliche Produktionsschritt erlaubt es uns, Material nur dort zu verteilen, wo es benötigt wird: Jetzt können wir Material nach Funktion sortieren und strategisch entscheiden, wo es stark oder leicht sein soll. Wir können die Eigenschaften von Objekten auf der Materialebene entwerfen und programmieren. Das Ergebnis: digitale Materialität.

Die Erforschung neuer Materialien für die digitale Produktion ermöglicht es diesen "Bausteinen der Zukunft" nicht nur in Form, Grösse und Nachhaltigkeit effizient zu sein – sie eröffnet auch völlig neue ästhetische Möglichkeiten.

Während wir das Potenzial der digitalen Technologien und des Bauens weiter erforschen und vertiefen, etablieren wir eine digitale Baukultur, die die Bauindustrie revolutionieren und dazu beitragen wird, eine nachhaltigere, aber auch reichhaltigere und vielfältigere Bauumgebung zu schaffen.  

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Sieht so die Zukunft der Architektur aus (Bild: © Hansmeyer/Dillenburger)?

Header visual: © Fabrice Dall'Anese.

Ideas worth spreading

Dr. Benjamin Dillenburger war ein Speaker an der letzten TEDxZurich, einem lokalen Ableger der weltberühmten TED Talks. Nach dem Motto "Ideas worth spreading" präsentieren begabte Redner und Denker ihre Überlegungen, Erkenntnisse und Ideen in kurzen, inspirierenden Reden. Die LGT unterstützt die Plattform als Sponsor.

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