In der Architektur ist der 3D-Druck vor allem im Modellbau geläufig. Die Potentiale sind jedoch groß und es ist durchaus denkbar, die additive Fertigung auch zur Herstellung von ganzen Bauteilen zu nutzen. Wir haben uns mit dem Berliner Architekten Sven Pfeiffer über Chancen und Risiken der Technologie unterhalten.
1) Herr Pfeiffer, Sie sind im Bereich Forschung an der TU Berlin tätig. Wie können wir uns Ihr Tätigkeitsfeld genauer vorstellen – an welcher Art von Forschungsprojekten nehmen Sie teil?
Die Abteilung DAP (Digitale Architekturproduktion) des Instituts für Architektur wurde 2015 neu gegründet. Ich verstehe unsere Abteilung als offene Werkstatt, die die Produktionsbedingungen von Architektur in einer zunehmend digitalen Umwelt untersucht. Die Bandbreite reicht von experimentellen generativen Entwurfstechniken, die Simulationsfunktionen direkt in den Entwurfsprozess integrieren, bis zu neuen Möglichkeiten für Architekten, durch die Steuerung digitaler Fertigungswerkzeuge direkter in den Bauprozess einzugreifen.
Additive Fertigung ist für uns dabei ein neues und interessantes Forschungsfeld, da die Entwicklung hier sehr dynamisch ist. Dabei geht es nicht nur um die erweiterten Gestaltungsmöglichkeiten, sondern auch um ökologische und gesellschaftliche Fragestellungen, wie z.B. eine größere Teilhabe am Entwerfen und Bauen durch die Nutzer. Gleichzeitig stellt dieses Feld für uns Architekten eine Herausforderung dar, da viele Grundlagen des architektonischen Denkens über Standardisierung, Konstruktion und Materialität durch additive Fertigung auf den Kopf gestellt werden. Hier können wir viel von den Erfahrungen anderer Disziplinen lernen, aber auch durch unsere integrativen Denkprozesse einen wichtigen Beitrag leisten. Hierzu haben wir erste Forschungsansätze entwickelt. Unser Fokus liegt dabei auf der Entwicklung von Workflows, die klimatische Parameter durch additive Fertigung durch Hybridschalungen in Bauteile „einweben“.
2) In der Architektur ist der 3D-Druck vordergründig im Modellbau bekannt und verbreitet. Welches Potential hat der 3D-Druck im Bereich Baustoffe und zementgebundener Bauteile?
Die Potentiale sind groß, wenn wir es wagen, einen ganzheitlichen Blick in die Zukunft zu werfen. Im Angesicht globaler Herausforderungen müssen wir als Architekten vermehrt mit Baustoffen planen, die klimaneutral oder wiederverwertbar sind. Momentan stehen wir in der großformatigen additiven Fertigung mit zementgebundenen Werkstoffen vor großen Fragestellungen bezüglich der Materialeigenschaften und der ökonomischen Relevanz der oftmals noch sehr langsamen Druckprozesse. Anspruchsvoll ist auch die Frage der statischen Bewehrung solcher Bauteile. Trotzdem haben wir es, verglichen mit anderen Produktionsprozessen, mit einem ressourcenschonenden Verfahren zu tun. Bei additiver Fertigung entsteht im besten Fall keine Lagerhaltung, kein Verschnitt und wenig Abfall. Zementgebundene Baustoffe können in Portalanlagen oder durch Roboter bereits jetzt präzise aufgebracht werden und graduell in ihren Eigenschaften variiert werden.
3) Welche additiven Fertigungsverfahren eignen sich Ihrer Meinung nach für den Modellbau und schließlich für reale Bauteile?
Für den Modellbau eignen sich alle Verfahren, die den nötigen Präzisionsgrad mitbringen, um im jeweiligen Maßstab die wichtigen Aussagen zu treffen. Spannend wird es, wenn wir funktionale Prototypen in einer gewissen Größe untersuchen können, die über reine Anschauungsobjekte hinausgehen. Dazu arbeiten unsere Studierenden zunehmend mit großformatigen FDM Printern. Interessant ist, wie dabei die Rahmenbedingungen eines Fertigungsprozesses auch den Entwurf beeinflusst. Auch für Bauelemente in Vorfertigung werden derzeit hauptsächlich FDM-Verfahren aufgrund ihrer relativen Einfachheit und Skalierbarkeit eingesetzt. Auf lange Sicht ähnlich interessant sind meiner Meinung nach Ansätze zu flexiblen On-site Druckverfahren durch den Einsatz von spezialisierten Robotern als Alternative zur Vorfertigung, aufgrund des Wegfalls von Transport und Logistik. Der Aufbau von monolithischen Strukturen am Bauplatz durch die Vermeidung von Fügung hat auch strukturelle und thermische Vorteile. Hierdurch kann auch der Einsatz von lokalen Materialien neue Relevanz gewinnen.
4) Wie schätzen Sie den tatsächlichen Wert des 3D-Drucks in der Architektur generell ein? Kann die additive Fertigung wirklich zu einem nachhaltigeren Bauen beitragen und wenn ja, wie?
Ich denke, die additive Fertigung kann hier durchaus positive Auswirkungen haben. Die Leistung von Bauteilen kann sich radikal verändern, wenn wir nicht mehr auf herkömmliche Produktionsprozesse beschränkt sind. Die größten Vorteile sehe ich in der Möglichkeit, kontextspezifische Bauteile mit unterschiedlichen Geometrien und Materialeigenschaften auszuführen. So sind durch die Integration von Feinstrukturen in Gebäudehüllen neue Konzepte der Kühlung und Wärmedämmung denkbar. Statisch wirksame Bauteile können durch additive Fertigung graduell Ihre Eigenschaften variieren. Als Architekt interessieren mich hier natürlich auch die gestalterischen Potentiale, denn die Nachhaltigkeit von Gebäuden wird auch stark von Faktoren wir Flexibilität und Nutzerakzeptanz bestimmt. Problematisch ist es, wenn wir additive Fertigung zu einer reinen Billigvariante des Bauens entwickeln, ohne deren Potentiale wirklich zu nutzen. Eine wichtige Frage, die uns beschäftigt: Welches sind die notwendigen Entwurfswerkzeuge, um diese Konzepte in Zusammenarbeit mit Herstellern durchzuführen? Welche neuen Kompetenzen müssen sich zukünftige Generationen von Architekten aneignen um diese Verfahren zu nutzen?
5) Welchen Bereich im Bauwesen wird der 3D Druck aus Ihrer Sicht in den kommenden Jahren am stärksten beeinflussen?
Die additive Fertigung wird alle Bereiche des Bauwesens beeinflussen. Momentan liegt viel Aufmerksamkeit im Bereich von exemplarischen Wandbauteilen und Möbelbau, aber auch andere Bereiche können von den Vorteilen profitieren, bei denen Individualisierung und Integration von Funktionen ein Thema ist.
6) Wo liegen für uns in Deutschland die größten Hürden für den Einsatz von 3D-Druck im Bau und wie können wir diese Hürden aus Ihrer Sicht am besten angehen?
Der Bausektor ist in Deutschland wie auch in anderen Ländern in vielen Bereichen von traditionellen Produktionsverfahren geprägt. Dies liegt oftmals begründet in der Größe und Komplexität von Gebäuden mit der Bindung an den Bauplatz und der geringen Stückzahl von gleichen Bauteilen, die bisher einer weiteren Steigerung der Automatisierung Grenzen setzen. Hier kann additive Fertigung durch ihre Vorteile ansetzen. Es bedarf aber noch einer langfristigen koordinierten Forschungsarbeit von Spezialisten aus unterschiedlichen Bereichen, von der molekularen Ebene über die Fertigungsprozesse bis zu uns Architekten, sowie dem Mut der Unternehmen, solche Vorhaben zu unterstützen, um die Vorteile herauszuarbeiten.
7) Glauben Sie, dass in Zukunft auch Architekten sich die Designfreiheit von 3D-Druck zu Nutze machen werden und wir neue, funktionale Bauweisen sehen werden?
Dieser Prozess hat an vielen Stellen schon begonnen. Die einschlägigen Nachrichten sind voller oftmals interessanter, manchmal aber auch unglaubwürdiger Projekte, bei denen additive Fertigung oftmals als Allheilmittel für eine vorgegebene komplexe Formensprache eingesetzt wird. Viel spannender finde ich Ansätze, bei denen die Komplexität nicht auf den ersten Blick sichtbar, sondern in einem innovativen Materialgefüge oder einer neuen, unerwarteten Funktionalität liegt. Additive Fertigung wird in den kommenden Jahren viel von ihrer „Neuheit“ verlieren und ein Bestandteil des Ökosystems Architektur werden. Dann wird es spannend zu sehen sein, wie viele unterschiedliche Ansätze sich entwickeln und welche Auswirkungen diese Bautechnik auch auf unsere Baukultur haben wird.
Sven Pfeiffer ist ein Berliner Architekt und Gastprofessor für digitale Architekturproduktion an der Technischen Universität Berlin. Seine Forschungsinteressen liegen in den komplexen Beziehungen zwischen Architektur und deren wechselnder Produktionsmittel. Sein Schwerpunkt liegt in der experimentellen und konzeptionelle Entwicklung von digitalen Fertigungswerkzeugen und in Fragen zu den ethischen und sozialen Folgen der versprochenen Erhöhung der neuen Gestaltungsfreiheit. Er referierte an mehreren europäischen Institutionen und lehrte unter anderem an der UdK Berlin, KTH Stockholm und der Architectural Association in London. Er ist Co-Autor des Buches Wind and City – Climate as an Architectural Instrument (2014) und Herausgeber von Interlocking Digital and Material Cultures (2015).