Projektart:
Anfrage:
Objekt:
Typ:
3D-Druck der ETH
Ort:
Zürich [Satellit]
Staat:
Schweiz
Architekt:
Materialien:
Beton
Publiziert:
Beton Bauteile 2022
Seiten:
100 - 107
Inhalt:
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»White Tower«-Projekt, Mulegns/CH

Betonfertigteile drucken

In Mulgens in der Schweiz soll ein temporärer Betonturm im 3D- Druckverfahren entstehen. Bei dem Forschungsprojekt der ETH Zürich handelt es sich konstruktiv um Betonfertigteile, die vor Ort in einer Feldfabrik gefertigt und auf dem eigentlichen Bauplatz nur zusammengefügt werden.
Angefangen hat alles mit der Strategiekommission der ETH Zürich, die nach neuen Möglichkeiten suchte, die Wahrnehmung der Universität auch in unterrepräsentierten Schweizer Regionen zu verstärken. Deshalb trat man an die Nova Fundaziun Origen heran, die sich seit Jahren in der Kulturförderung im Juliertal im Kanton Graubünden engagiert. Deren Stiftungsvorsitzender Dr. Giovanni Netzer schlug hierauf den Standort Mulegens unmittelbar am Julierpass, der Verbindung nach St. Moritz, vor. Hier betreibt mit dem „Roten Turm“ die Stiftung bereits einen temporäres Theater. Der neue »White Tower« soll ebenfalls eine Nutzung im Bereich des Schauspiels erhalten.
Das Forschungsprojekt
Federführend bei der ETH Zürich für dieses Projekt ist an der Fakultät für Architektur der Lehrstuhl Digitale Bautechnologien von Prof. Dr. Benjamin Dillenburger. Zusammen mit dem Lehrstuhl Physical Chemistry of Building Materials von Prof. Dr. Robert J. Flatt am Institut für Baustoffe (IfB), aber auch mit der Professur für Massiv- und Brückenbau von Prof. Dr. Walter Kaufmann und weiteren Kollegen aus dem Nationalen Forschungsschwerpunkt Digitale Fabrikation entwickelt man derzeit Fertigungskonzepte für diesen Turm.
Anders als bei dem ersten, in Deutschland gedruckten Wohngebäude in Beckum setzt die ETH nicht auf eine vektorbasierte Anlage (ein so genanntes Gantry- System), sondern auf eine robotische Fertigung. Es gibt also kein dreidimensional angeordnetes Schienensys-tem, auf dem ein Druckkopf gleitet, sondern einen Roboterarm, der den Druckkopf führt. Das System weist eine höhere Flexibilität und größere räumliche Freiheiten auf, auch geneigte Linien stellen damit kein Problem dar.
Mit dem deutschen 3D- Druck- Projekt hat die Vorgehensweise der ETH gemeinsam, dass es sich um ein Extrusionsverfahren handelt. Der Beton besitzt eine hohe Frühfestigkeit und wird ohne eine Schalung Lage für Lage aufeinander abgelegt. Einen Unterschied erkennt Dillenburger in der Druckauflösung: Während in Beckum – den ihm vorliegenden Fotografien zufolge – vermutlich mit einer Schichthöhe von 20 mm gearbeitet wurde, strebt sein Lehrstuhl in Mulegns einen Wert von 5 - 10 mm an. Dabei geht es ihm aber nicht darum, den Wert des deutschen Projekts zu übertrumpfen, sondern feinere Details zu erzeugen. Denn je kleiner die Extrusionsdüse ist, desto engere Kurvenradien sind möglich, aber um so langsamer ist jedoch auch der Plotter. Die Druckgeschwindigkeit seines Roboters beziffert Dillenburger mit respektablen 200 mm/s. Wirklich scharfkantige rechte Winkel können jedoch mit keinem dieser Systeme umgesetzt werden, hier hat sich Dillenburger einen 40 mm- Radius zum Ziel gesetzt.
Die Technik
Ebenfalls anders als in Beckum wird der Turm nicht in-situ an seinem finalen Ort erstellt. Vielmehr wird er aus Einzelelementen bestehen, die nacheinander in einem definierten Bauraum ausgedruckt werden. Erfolgen soll das mit dem institutseigenen Roboter des Herstellers ABB, der aktuell im Institutslabor auf dem ETH- Campus steht. Der „Beton- Plot“ soll aber nicht auf dem Zürcher Hönggerberg erfolgen, vielmehr soll der Roboter dort abgebaut und in Mulegns in einer Feldfabrik aufgebaut werden. Mit der ortsnahen Fertigung soll einerseits der logistische Aufwand reduziert werden, denn reiner Beton transportiert sich einfacher als sperrige Betonbauteile. Andererseits ist eine große Transparenz des Projektes erwünscht: Das Entstehen des Turms soll erlebbar sein.
Der Roboter besitzt einen Aktionsradius von drei Metern in Breite, Höhe und Tiefe. Bei den vorgefertigten Bauteilen handelt es sich vielfach um Stützen und um Säulen, im weitesten Sinne um Langware. Deshalb ist vorgesehen, den Roboter auf eine Schiene zu montieren, auf welcher er hin- und herfahren kann. Damit können dann Teile bis zu 10 m Länge in einem Stück gedruckt werden.
Aufgabe von Dillenburgers Lehrstuhl Digitale Bautechnologien, zusammen mit seinen Kollegen an der ETH Zürich, ist bei diesem Projekt neben der Koordination auch das Entwickeln von 3D- Drucker- Anschlussdetails, wie etwa das Entwerfen von druckfähigen inneren Gebäudestrukturen und das Anlegen von Arbeitsprozessen, wie der Druckabfolge. Entwickelt wurden von seinem Lehrstuhl auch die Schnittstellen, um den Roboter bzw. den Düsenkopf mit den erforderlichen 3D- Architekturprogrammen zu verbinden.
Der Schwerpunkt der Forschung des Lehrstuhls Physical Chemistry of Building Materials von Prof. Dr. Robert J. Flatt ist hingegen die Entwicklung einer geeigneten Betonrezeptur. Die strukturellen Aspekte des 3D-gedruckten Turms werden von der Professur für Massiv- und Brückenbau von Prof. Dr. Walter Kaufmann untersucht. Professor Andreas Wieser von dem Lehrstuhl für Geosensorik und Ingenieurgeodäsie forscht an der Vermessung und Formkontrolle.
Die Architektur
Der erste Eindruck täuscht: Der »White Tower« von Mulegns wurde nicht rund angelegt, um ihn mit einem zentral aufgestellten Roboter radial auszudrucken. Wie wir schon wissen, wird der »White Tower« aus vorgefertigten Betonfertigteilen bestehen, die einzeln in einer separaten Feldfabrik entstehen. In diesem Prozessdetail unterscheidet sich das Projekt signifikant von dem ersten „gedruckten“ Gebäude überhaupt, dem Prototype #1, der in den 1940er Jahren mit der „Urschel Wall Building Machine“ im amerikanischen Bundesstaat Illinois entstanden ist.
Der Turm wird auf einem bestehenden 8 x 8 m großen Fundament errichtet, auf dem im Sommer 2021 noch eine Garage aus den 1960er- Jahren steht. Diese wird abgetragen, und die dazugehörigen zwei Untergeschosse – die Garage steht auf dem Grat eines steilen Abhangs – entsprechend statisch ertüchtigt.
Der architektonische Entwurf ist eine Synthese aus den Wünschen und Vorstellungen der Origen- Stiftung für einen neuerlichen Theaterturm und einer städtebaulichen Analyse seitens des Lehrstuhls für Digitale Bautechnologien unter besonderer Beteiligung des Architekten Michael Hansmeyer. Für den Lehrstuhlinhaber Prof. Dillenburger geht es bei dem Projekt auch um die formale Frage, wohin sich der 3D- Druck ikonografisch bewegt: Generiert man vollflächig betonierte Betonbauten, oder realisiert man in dieser Technik eher Betonskelettbauten, welche die konstruktiven Möglichkeiten des Betons mit seinen großen Öffnungsweiten besser nutzen?
Die ETH- Studien ergaben, dass der Turm im dörflichen Kontext massiver erschien, je geschlossener er angelegt war. Nicht zuletzt deshalb entschied man sich, die Fassade dynamisch zu öffnen. Während diese im Sockelgeschoss noch relativ hermetisch angelegt ist, öffnet sie sich nach oben zusehends und geht in zahllose Säulenstellungen über.
Der Turm wird keine Aussichtsterrasse besitzen, diese Funktion übernimmt der oberste Veranstaltungsraum. Fünf Geschosse wird es geben, eines ist ein Zwischengeschoss, das als Foyer der obersten Etage dient. Das Erdgeschoss fungiert als Eingangslobby, von der aus man aufsteigt.
Alpiner Turmbau
Obwohl sich der Turmbau mit seinen zahlreichen eingestellten Säulenstellungen sehr offen und durchlässig gibt, entsteht er in einer hochalpinen Landschaft und muss thermisch getrennt angelegt sein. Dies erfolgt in den oberen Geschossen durch eine eingestellte, vollflächige Verglasung. Die Außenwände der unteren Bereiche sollen hingegen doppelschalig gedruckt werden, um dann den Zwischenraum mit dämmendem Schüttmaterial zu verfüllen.
Der Dachabschluss des 23 m hohen Turmes wird als Kuppel angelegt sein, da die Forscher interessierte, wie man solche Freiformen mit dem 3-Druck in den Griff bekommt. Die Kuppel wird in sphärischen Segmenten gedruckt, die dann auf dem Turm ebenfalls ohne Schalungen zusammengefügt werden.
Eingeschossiger 1:1 Demonstrator
Angestrebt wird eine Fertigstellung bis 2023, beginnen soll alles in den Wintermonaten 2021/22 mit dem Druck eines kompletten Geschosses als 1:1 Demonstrator. An diesem sollen noch einmal letzte offene Fragen geklärt werden, insbesondere was die Tektonik des Systems anbelangt. Es soll eine real erlebbare und auch bespielbare Struktur sein, die zwar noch in Zürich gedruckt, dann aber nach Mulegns transportiert wird, um sie dort der Öffentlichkeit zu präsentieren.
Überhaupt ist ein Grundprinzip des auf 2,5 Mio. CHF geschätzten Projekts die Zerlegbarkeit eines temporär angelegten Bauwerkes. Auch wenn seine Nachnutzung noch vollkommen offen ist, werden seine Bauteile nicht miteinander vergossen, seine Vergänglichkeit ist essentieller Teil des Entwurfsgedankens.

http://www.bft-international.com