Additive Fertigung als Grundlagentechnologie für digitales Bauen: Eine Betrachtung zum Konzept Bauen 4.0

Bauen 4.0

Die Bauindustrie nimmt die neuen Technologien nur langsam an und ist noch nicht durch die disruptive Phase der digitalen Transformation hindurch, die andere Bereiche wie z.B. Automobil- und Luftfahrtindustrie bereits hinter sich haben (in Form von Industry 4.0). „Industry 4.0“ hat die Industrie tiefgreifend verändert, von der Wertschöpfungskette in der Produktion bis hin zu den Unternehmensmodellen. Jetzt ist die Bauindustrie mit der Herausforderung konfrontiert, die digitalen Technologien, smarten Maschinen und Materialien einzuführen, und erlebt diese Art der Transformation.  Bekannt als Bauen 4.0, wird diese Transformation erhöhte Produktivität und Zeit- und Ressourceneffizienz mit sich bringen und gleichzeitig auch wichtige Faktoren wie Sicherheit und Qualität verbessern.

Building information modelling (BIM) integriert auf digitale Weise das ästhetische Design und die technischen Details eines Projekts in ein einziges Datenpaket. BIM liefert allen Beteiligten ein digitales Modell eines Gebäudes bevor es errichtet wird. ArcelorMittal Europe arbeitet derzeit an der Entwicklung von BIM-Objekten für seine Stahlprodukte mit hoher Wertschöpfung für das Bauwesen.

Ein höherer Grad an Digitalisierung durch BIM in Verbindung mit Cloud-Computing-Technologie wird die Entstehung von Cloud-BIM Daten zur Folge haben, die auch von Mobilgeräten aus einen einfachen Zugriff ermöglichen. Diese erhöhte Konnektivität und der Zugang zu Informationen, die immer am aktuellsten Stand sind, wird die Produktivität erheblich verbessern.

Speziell in der Stahlbauindustrie finden anpassungsfähige Automatisierungstechniken bereits Anwendung, zum Beispiel in Form von Lichtbogen-Schweißrobotern. Diese Roboter können mit Laser-Kameras ausgestattet werden, um die Produktionsqualität zu verbessern und können auch schnell und ohne Nachbearbeitung komplexe Formen schneiden. Diese robotergestützten Lösungen werden auch bei Stahlschneidevorgängen bei Rohren und Grobblechen angewendet und steigern die Effizienz.

Die Verwendung von IoT (Internet of Things)-Technologien wie zum Beispiel unbemannte Luftfahrzeuge (UAV - unmanned aerial vehicles) bergen ebenfalls Veränderungspotenzial für die Bauindustrie. So können zum Beispiel Drohnen zur Beobachtung des Verlaufs von Bauprojekten, zur Qualitätsauswertung oder zur Baustellenüberwachung eingesetzt werden. Doch nicht nur das: Drohnen können auch Mauerwerke errichten und die gefährlicheren Arbeitsschritte ausführen, die gegenwärtig die Sicherheit der Arbeiter auf Baustellen gefährden.

Im allgemeinen wird Bauen 4.0 die Zusammenarbeit aller Beteiligten und die Kreativität erhöhen und die Lieferkette verstärken.

Additive Fertigung im Bauwesen

Additive Fertigung (Additive Manufacturing – AM) wird definiert als “Prozess zur Verbindung von Materialien zur Herstellung von Objekten basierend auf 3D-Modelldaten, normal Schicht für Schicht, im Gegensatz zu subtraktiven Fertigungstechniken wie herkömmliche maschinelle Verarbeitung.“  (American Society for Testing and Materials standard).

Additive Fertigung wird immer öfter in industriellen Anwendungen eingesetzt, da keine besonderen Werkzeuge notwendig sind und sie eine wirtschaftliche, individuelle Anpassung an Kundenwünsche ermöglichen. Additive Fertigungsprozesse, die im Bauwesen Anwendung finden, basieren meist auf Extrusionsverfahren (Zement- bzw. Keramikleim und polymere Werkstoffe), Sprühprozesse oder auf Fusion durch Schmelzung von Materialien, um neue Bauelemente herzustellen oder defekte Komponenten zu reparieren.

Mit der Weiterentwicklung von additiver Fertigung können Architekten und Ingenieure immer komplexere Formen schaffen. Die wichtigsten Herausforderungen und Chancen dieser aufkommenden Technologie im Bauwesen werden in diesem Bericht genauer behandelt.

Materialien und leichte, funktionale Konstruktionen

Eine der Arten, wie additive Fertigung zu Bauen 4.0 beiträgt, ist als Plattform für Materialdesign. Es ermöglicht den Einsatz von natürlichen, wiederverwertbaren Materialien, die dem Ansatz eines nachhaltigeres Bausektors dienlich ist.

Wie dieser Bericht aufzeigt, ist Ressourceneffizienz grundlegend für die Entwicklung in Richtung einer effizienteren Bauindustrie. Leichte Tragwerkskomponenten haben geringere Abfallerzeugung, Emissionen und Materialverbrauch zur Folge. Durch die Anwendung der Technologien, die in diesem Bericht beschrieben werden, kommen wir diesem Ziel einen Schritt näher.

Postiv in die Zukunft

Bauen 4.0 verspricht, Produktivität, Qualität, Kostensenkung und Ressourceneffizienz im Bauwesen zu steigern. All das setzt jedoch voraus, dass technische Innovationen wie IoT, BIM, AM und andere digitale Systeme rasch angenommen werden.

Text: Constructalia
Fotos und Bericht: Flávio Craveiroa, José Pinto Duarte, Helena Bartolo, Paulo Jorge Bartolo