Die Zukunft des 3D-Drucks für den Architekturmodellbau

Wie so viele andere technologische Fortschritte setzte sich auch der 3D-Druck nur langsam durch. In den letzten Jahren wird jedoch kaum von etwas anderem gesprochen. Die schnellen und faszinierenden Entwicklungen in dieser erstaunlichen Technologie lassen alle und jede Branche aufhorchen und aufmerksam werden. Architektur ist ein Bereich, in dem der 3D-Druck viele Schlagzeilen macht und dies auch in den kommenden Jahren tun wird. In diesem Stück untersuchen wir, was das zukünftige Potenzial birgt. Wir betrachten auch die aktuellen Einschränkungen des 3D-Drucks in der Bauindustrie.

Was Sie aus diesem Handbuch lernen werden

Derzeit befinden sich 3D-gedruckte Gebäude noch in einem sehr experimentellen Stadium. Während Sie diesen Leitfaden lesen, lernen Sie die aktuellen Technologien, Materialien und Versuche in diesem spannenden Bereich des Bauens kennen. Sie werden sehen, wie der 3D-Druck eine zukünftige Rolle beim kreativen Bauen spielen wird, nicht nur in Wohnhäusern, sondern in ganzen städtischen Teilen von Städten. Sie werden verstehen, wie es billiger und schneller wird, digitale 3D-Modelle zu erstellen und neue Teile zu erstellen. Am Ende dieses Handbuchs haben Sie ein besseres Verständnis dafür, wie Architekten 3D-Gebäudestrukturen und -geometrien entwerfen und entwickeln.

Der Beginn des 3D-Drucks

Bevor wir uns mit 3D-Druck und Architektur befassen, lassen Sie uns einen Moment innehalten, um zu sehen, wie die Technologie begann. Wir können seinen Beginn bis 1976 zurückverfolgen – eine Zeit, als der erste Tintenstrahldrucker entstand. Architektur-3D-Drucker sind insofern wie Tintenstrahlgeräte, als sie beide Datendateien zum Drucken benötigen. Für den 3D-Druck sind die gängigen universellen Dateitypen VRML und STL. Normale Tintenstrahldrucker beziehen ihre Anweisungen aus verschiedenen Arten von Textverarbeitungsdateien wie .docx, .odt und .txt usw. Sie können auch aus anderen Dateiformaten aus gängigen Office-Suiten wie Microsoft drucken.

OK, jetzt schnell vorwärts bis 1984. In diesem Jahr hatten Wissenschaftler und Ingenieure begonnen, mit anderen Druckmaterialien als Tinte zu experimentieren, und so entstand der 3D-Druck. Trotz dieser Revolution in der 3D-Drucktechnologie würde es etwa 30 Jahre dauern, bis die breite Öffentlichkeit ein echtes Interesse an der Technologie zeigte.

Treffen der Vater von 3D-Printing

Wir können die 3D-Drucktechnologie einem amerikanischen Ingenieur und Mitbegründer von 3D-Systemen, Chuck (Charles) Hull, zuschreiben. Er erfand das erste Druckverfahren, mit dem aus einer digitalen Datendatei ein tatsächliches physisches 3D-Objekt erstellt werden konnte. Er nannte diesen Prozess Stereolithographie. In einem Interview gibt Hull zu, wie überrascht er von den Fähigkeiten und dem Potenzial seiner Entdeckung war. Und so erstaunt die Menschen noch über den 3D-Druck in den Kinderschuhen waren, nur wenige hätten sich vorstellen können, wohin er führen würde.

Heutzutage verwenden alle Branchen diese Technologie, um 3D-Modelle aus digitalen Dateien zu erstellen. Das Schöne daran ist, dass Benutzer ein bestimmtes Design vollständig testen können, bevor sie sich entscheiden, in größere Fertigungsprojekte und -programme zu investieren. Mit fortschreitender Technologie und sinkenden Preisen findet es sogar Eingang in Häuser, Schulen und Bibliotheken.

Da haben Sie es also. 3D-Drucker sind Tintenstrahldruckern nicht unähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass sie verschiedene Arten von Materialien in aufeinanderfolgenden Schichten ablagern. Tintenstrahldrucker extrudieren nur eine einzige Schicht normaler Druckfarbe.

Die Vorteile des 3D-Drucks in der Architektur und Modellbau

Architektur beinhaltet oft komplexe Entwürfe beeindruckender Strukturen, und wir sehen und nutzen die meisten dieser Gebäude im täglichen Leben. Viele Entwürfe veranschaulichen eine künstlerische Interpretation, die den Stil und die Arbeit des Architekten widerspiegelt. Auf Kunden- oder Interessentenseite sagen flache 2D-Zeichnungen nicht viel darüber aus, wie eine Endstruktur aussehen wird. Aus diesem Grund verwenden Architekten Künstlerimpressionen und 3D-Modelle, um ihre Kreationen zu veranschaulichen. In der Vergangenheit war dies eine lange und mühsame Arbeit. Oft musste ein Projekt für mehrere Überprüfungen und Änderungen zum Zeichenbrett zurückkehren. Heute ist und wird dieser gesamte Prozess viel einfacher, billiger und schneller. Dies alles ist der Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologien zu verdanken.

Wie alle neuen Technologien sind frühe Theorien, Produkte und Geräte immer teuer. Das 3D-Druckkonzept war in dieser Hinsicht nicht anders. Aber frühe Hürden dauern nie ewig, nicht mit großartigen Ideen. Sobald andere praktische Anwendungen und das zukünftige Potenzial der 3D-Drucktechnologie erkannten, begannen sich die Dinge zu ändern. Plötzlich begannen größere und besser ausgestattete Unternehmen zu investieren. So können sich neue Innovationen oft wirklich durchsetzen. Die Produkte beginnen sich zu verbessern und die Preise beginnen zu fallen. Wir können mit Zuversicht sagen, dass der 3D-Druck jetzt erhalten bleibt, und wir haben noch nicht einmal begonnen, sein volles Potenzial in der 3D-Architekturmodellbau zu erkennen.

Sehen heißt glauben

Kunden sehen die Idee eines Architekten lieber, als davon zu hören. Dies ist heute möglich, da mit dem 3D-Druck wesentlich schneller maßstabsgetreue Modelle erstellt werden können. Dies bedeutet, dass Architekten dauerhafte, komplexe Modelle direkt aus CAD-Datendateien (Computer Aided Design) im eigenen Haus erstellen können. Dies sind auch keine groben Modelle. Was wir haben, sind erstaunliche, glatte, detaillierte Architekturprototypen, die ein 3D-Drucker mit einer Reihe verschiedener Materialien herstellen kann.

Zeit ist Geld

Wie lange es dauert, ein 3D-Modell von Grund auf neu zu erstellen, hängt von der Größe, dem Maßstab und der Komplexität des Entwurfs ab. Eines ist sicher, und das heißt, die Verwendung der 3D-Drucktechnologie nimmt viel weniger Zeit in Anspruch. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben, nehmen wir ein Modell, für dessen Fertigstellung normalerweise zwei Personen zwei volle Monate benötigen. Mit der 3D-Drucktechnologie könnte eine einzelne Person wahrscheinlich innerhalb weniger Stunden dasselbe erreichen. Es ist nicht schwer, zahlreiche Fallstudien zu finden, die die verbesserte Qualität und Zeitersparnis bei der Verwendung des 3D-Drucks für Architekturentwürfe veranschaulichen.

Zusammenfassend sind hier die drei Hauptvorteile des 3D-Drucks für Architekten in Düsseldorf:

1. Detaillierte 3D-gedruckte Modelle helfen Kunden dabei, endgültige Projekte besser zu visualisieren
2. Reduzierte Zeit (Stunden und Tage) für die Erstellung von Modellen
3. Im Laufe der Zeit können Architekten eine Bibliothek wiederverwendbarer 3D-Entwürfe erstellen

Glücklicherweise hat der 3D-Druck den Architekten in letzter Zeit einen wirklich positiven Schub gegeben. Dies hilft ihnen nicht nur, die Qualität ihrer Entwürfe zu verbessern, sondern reduziert auch die Zeit, die für die Erstellung von Architekturmodellen benötigt wird. Dies kommt allen Beteiligten zugute – Architekten und Kunden. Wenn 3D-Entwürfe und gedruckte Modelle hier aufhören würden, wäre dies allein ein beeindruckender Fortschritt in der Welt der Architektur. Wie bei allen aufkommenden Technologien haben jedoch viele Menschen viel größere Dinge für den Einsatz des 3D-Drucks geplant.

3D gedruckte Stadtstrukturen

Sie fragen sich möglicherweise, welche anderen Bereiche der Architektur nach dem Entwurfsprozess möglicherweise vom 3D-Druck profitieren könnten. Wie wäre es mit 3D-Druck von tatsächlichen Gebäuden und anderen städtischen Strukturen sowie 3D-Modellen? Es mag wie ein Kuchen am Himmel klingen, ist es aber nicht. Tatsächlich wurde kürzlich in Madrid, Spanien, die weltweit erste 3D-gedruckte Fußgängerbrücke eröffnet. Die Architekten verwendeten mikroverstärkten Beton als Material für den Druck der Struktur. Diese beeindruckende kleine Fußgängerbrücke ist nur 12 m lang und 1,75 m breit und erstreckt sich über einen kleinen Bach im Castilla-La Mancha Park. Und wie bei allen „Ersten“ können Sie garantieren, dass größere Dinge folgen, wenn sich Fachwissen und Technologie verbessern.

Eine sauberere Art zu konstruieren

Der in der Architektur verwendete 3D-Druck könnte auch eine umweltfreundlichere Lösung für das moderne Bauen sein. Nehmen wir die 3D-Brücke oben, um diesen Punkt zu veranschaulichen:

• Das Design ermöglichte eine optimale Verteilung von 3D-Druckmaterialien
• Abfallmenge dank intelligentem Recycling von Rohstoffen minimiert
• Das während des Baus verwendete Material wurde nur dort eingesetzt, wo es benötigt wurde
• Der Druckprozess ermöglichte völlige Formfreiheit
• Das Enddesign zeigte maximale strukturelle Leistung

Die Brücke war ein kleines Projekt, aber es dauerte noch 18 Monate von der Planung bis zum Bau. Trotzdem war es ein großer Fortschritt in der 3D-Architektur. Obwohl andere, ähnliche Projekte in der Pipeline sind, war die 3D-gedruckte Brücke von Madrid die erste ihrer Art, die fertiggestellt wurde.

Der Weg in die 3D-gedruckte Architektur

Wir haben die 3D-gedruckte Brücke gesehen und jetzt fragen Sie sich vielleicht, was als nächstes kommt. Die Technologie für 3D-Druckhäuser, wie in realen Häusern, in denen Menschen leben können, ist bereits auf dem Weg. Australische Forscher glauben, dass dies den Immobilienmärkten auf der ganzen Welt viele einzigartige Vorteile bringen wird. Diese Vorteile würden zu Gebäuden führen, die schneller zu bauen und billiger zu produzieren sind. Derzeit wird noch viel mit Gebäudestrukturen experimentiert, aber es ist nur eine Frage der Zeit.

Zum Beispiel hat ein schwedisches Unternehmen kürzlich ein ganzes Haus aus Beton für 10.000 US-Dollar gedruckt.

Hier sind einige gängige Anwendungen für echte 3D-Entwürfe und Architektur-Rendering-Projekte:

• 2D-3D-Grundrisse
• 3D-Produktmodellierung
• 3D-Architekturmodellierung
• 3D-Architektur-Rendering
• 3D-Vogelansicht-Rendering
• 3D-Höhengestaltung
• 3D-Außenkonzeptdesign
• 3D-Innenraumkonzeptdesign
• 3D-Durchgang
• Landschaftsdesign
• Andere

In der 3D-Druckarchitektur verwendete Materialien

Die Universität von New South Wales in Australien erforscht aktiv die Möglichkeiten des 3D-Drucks in der Bauindustrie. Der außerordentliche Professor M. Hank Haeusler hat ein Team, das sich mit der praktischen Verwendung von zwei gängigen Materialien für den 3D-Druck befasst:

• Polymilchsäure (PLA)
• Acylonitril-Butadien-Styrol (ABS)

Diese Forschung befasst sich mit dem 3D-Druck von Großkomponenten aus ABS oder PLA. Keines dieser Materialien ist für sich genommen strukturell einwandfrei, daher ist es die Lösung, sie mit Kohlefaser zu verwenden. Die Verwendung von leichten Kohlenstofffasern verleiht jedem dieser Materialien die Festigkeit von Stahl. Es sollte möglich sein, diese Teile außerhalb des Standorts zu erstellen und bei Bedarf vor Ort zu liefern. Darüber hinaus ist das Drucken von 3D-Teilen vor Ort und bei Bedarf unter Verwendung von Materialien vom Typ Ton und Beton ein Bereich, den das Forschungsteam untersucht.

Reduzierte Wohn- und andere Baukosten

Da 3D-gedruckte Anwendungen in Architekturlösungen in Düsseldorf noch nicht weit verbreitet sind, ist es schwierig, die Zahlen zu ermitteln. Dennoch hat Professor M. Hank Haeusler keinen Zweifel daran, dass geringere Kosteneinsparungen in der Bauindustrie in Zukunft ein großer Vorteil sein werden. Er wagt es sogar vorherzusagen, dass 3D-Drucktechnologien nur etwa ein Drittel der aktuellen Kosten von Standardbauprojekten ausmachen werden. Das ist ein großer Unterschied. Dies würde auch bedeuten, dass Architekten und Bauherren neuen Projekten schneller den Daumen hoch geben und schneller Wohnungen und andere Strukturen bauen. Der langfristige Beitrag, den dies zur Bewältigung der aktuellen globalen Immobilienkrise beitragen könnte, ist umwerfend.

3D-gedruckte Häuser sehen ganz anders aus als die konventionelleren Strukturen, mit denen wir vertraut sind. Und wie bei allen neuen Designs und Technologien wird es diejenigen geben, die sie lieben und die sie für schrecklich halten. Es ist eine Tatsache des Lebens, dass nur wenige Menschen die Ersten sein wollen, wenn es um große Veränderungen geht. Es spielt keine Rolle, wie billig ein 3D-Haus ist, es wird nur dann abheben, wenn die Menschen tatsächlich in ihnen leben möchten. Das ist vorerst nichts, aber es ist sicherlich ein Denkanstoß, wenn die ersten großen Projekte zustande kommen. Angesichts der derzeit hohen Wohnkosten ist es jedoch unwahrscheinlich, dass es an Kunden mangelt, die in günstigere Wohnungen investieren möchten.

Ob sich der 3D-Druck als Ausweg aus dieser Krise erweist, bleibt abzuwarten, sieht aber gut aus. Einer der größten Rückschläge zum Zeitpunkt des Schreibens ist, dass es keine rechtlichen Rahmenbedingungen für 3D-gedruckte Gebäude gibt. In den meisten Ländern müssen neue Bautechniken und Materialien noch genehmigt werden, und dies kann einige Zeit dauern.

Mehr als nur Wohnen

Obwohl städtisches Wohnen eine große Sache ist, bietet 3D-Architektur mehr als nur die Zukunft von 3D-gedruckten Häusern. Wenn es sich um eine Struktur handelt, besteht eine gute Chance, dass sie im 3D-Druck eine Zukunft hat. Derzeit gibt es jedoch viele nützliche Anwendungen, die der 3D-Druck für Architektenentwürfe bereitstellen kann.

Frühphasenmodelle: Konzeptmodelle sind schnell und einfach herzustellen. Sobald Sie Ihr Modell haben, können Sie Gespräche mit Kunden und Interessenten beginnen. Dies spart Zeit und Geld, verringert das Risiko kostspieliger Fehler und beschleunigt den gesamten Entwurfsprozess.

Stadtplanung: Architekten haben jetzt die Möglichkeit, ein Modell einer ganzen Stadt in 3D zu drucken. Dies ist innerhalb weniger Stunden mit der richtigen Ausrüstung und den richtigen Druckmaterialien erreichbar.

Modellvarianten: Manchmal ist es nützlich, einige Variationen derselben oder ähnlicher Modelle zu drucken. Dies ist eine kostengünstige Möglichkeit, Architekten dabei zu helfen, schneller und mit viel weniger Aufwand zu ihren endgültigen Entwürfen zu gelangen.

Zusammenfassen

Derzeit sagen Architekten auf der ganzen Welt, dass sich der 3D-Druck als Game Changer für die architektonische Gestaltung erweist. Es besteht kein Zweifel daran, dass dies die Produktion von Architekturmodellen drastisch verbessert. Dies führt zu einer aussagekräftigeren Kommunikation mit Kunden. Diese Dinge allein werden dazu beitragen, in Zukunft mehr Projekte zu sichern. Derzeit befinden sich reale 3D-gedruckte Strukturen noch in den Kinderschuhen. Trotzdem sind sich die meisten einig, dass dies ein Bereich ist, in dem wir in nicht allzu ferner Zukunft viele neue Entwicklungen sehen werden. Mit dem Fortschritt der Technologie müssen noch regulatorische Hürden überwunden werden, bevor 3D-gedruckte Gebäude alltäglich werden.