Formeffizienz: Einsparpotenziale additiver Fertigungstechnologien.

Laut einer aktuellen PwC Studie (1) ist die Digitalisierung in der Bauwirtschaft ins Stocken geraten, obwohl zwei von drei Befragten hier immer noch großen Nachholbedarf sehen. Lediglich in den Bereichen Administration und Projektplanung ist der Einsatz digitaler Technologien bisher in relevantem Umfang etabliert. In den Bereichen Simulation und Design sind die technischen Möglichkeiten zwar prinzipiell vorhanden, ein flächendeckender Einsatz scheitert jedoch meist an dem leider immer noch großen Digitalisierungsbruch auf dem Weg zur Produktion. Dies ist angesichts der Größe der Herausforderungen sowie der mittlerweile verfügbaren technologischen Lösungen ebenso unbefriedigend wie unnötig: Das hier zu hebende Potenzial ist riesig.

Hohe Formeffizienz durch intelligentes Bauteildesign

Moderne, iterative Berechnungsmethoden erlauben den Entwurf sehr präziser Designs kraftflussoptimierter Bauteile. Auch die Verfügbarkeit der nötigen Tools, der Rechenkapazitäten für eine effiziente Nutzung sowie die algorithmische Expertise sind heute auf breiter Basis gegeben. Hinzu kommen die rasanten Fortschritte im Bereich der KI. So können Betonfertigteile heute sehr formeffizient geplant und optimiert werden, beispielsweise hinsichtlich Materialeinsparung, Gewichtsreduzierung oder Volumen.

Da jedoch die Umsetzung solch kraftflussoptimierter Bauteile im klassischen Schalungsverfahren in der Regel nicht wirtschaftlich ist, wird dieser Ansatz allzu oft verworfen. Vielmehr wird versucht, durch Zwischenlösungen, z.B. durch einfache geometrische Formanpassungen, zumindest eine gewisse Materialeinsparung oder Gewichtsreduzierung zu erreichen. Letztlich bestimmen dabei aber immer die relativ einfachen Schalungsgeometrien die Bauteilform. Und so wird prozessbedingt immer noch deutlich zu viel Material eingebracht, also auch dort, wo weder Druck- noch Zugkräfte wirken.

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen eine wirtschaftliche Umsetzung formoptimierter Bauteile

Moderne, additive Fertigungsverfahren erlauben dabei längst die wirtschaftliche Herstellung von formoptimierten Betonbauteilen. Eine innovative Technologie wie unser Robotic Shotcrete Printing (RSP) ermöglicht sogar die wirtschaftliche Herstellung kraftflussoptimierter stahlbewehrter Betonbauteile.

Zur Veranschaulichung soll hier am Beispiel einer einfachen Deckenplatte gezeigt werden, welche Materialeinsparungen mit dem Concrete Aeditor, möglich sind und welche Vorteile sich daraus ergeben.

Deckenplatte: 60% Materialeinsparung durch Formeffizienz

Wir stellen eine konventionell gefertigte Deckenplatte einer formoptimierten, mit dem Concrete Aeditor gefertigten Platte gegenüber. Dies kann hier natürlich nur verallgemeinernd geschehen, da im Einzelfall Tragwerk und Einwirkung je nach Anforderung und Anwendung spezifisch berechnet werden müssen.

Reduzierter Materialverbrauch

Im Vergleich zu einer konventionell gefertigten Platte lassen sich durch eine Optimierung der Bauteilform und der Produktion mit dem Concrete Aeditor bis zu 60% Material einsparen.

Beim Baustoff Beton ist dies im Kontext Nachhaltigkeit, und hier insbesondere beim Thema CO2-Emissionen, ein enormer Hebel, den es unbedingt zu nutzen gilt.

Produktionsaufwand

Dank durchgehend digitaler Prozesskette können die optimierten Bauteilgeometrien aus der Planung direkt übernommen werden. Die zeit-, kosten- und materialintensive Schalungsproduktion entfällt vollständig oder aber in großen Teilen. Und Formkomplexität stellt für das RSP-Verfahren keine besondere Herausforderung her.

Vereinfachte Logistik

Weniger Material bedeutet insbesondere bei Beton auch weniger Gewicht und meist auch weniger Volumen. Dies wirkt sich nicht nur positiv bei der Produktion und Zwischenlagerung aus, sondern ermöglicht gerade beim Transport enorme Kosten- und Emissions-Einsparungen.

Verbesserte Arbeitssicherheit

Durch das reduzierte Gewicht der Betonfertigteile verringert sich das Risiko von Verletzungen und Unfällen für die Arbeiter im Werk, beim Transport sowie beim Einheben vor Ort.

Geringere Belastung von Baumaschinen und -geräten

Leichtere Betonfertigteile erfordern möglicherweise weniger robuste Hebe- und Transportausrüstung, was wiederum die Kosten senken und die Lebensdauer der Maschinen verlängern kann.

Flexiblere Gestaltungsmöglichkeiten

Das geringere Gewicht der einzelnen Bauteile wirkt sich positiv auf die Tragfähigkeit und Statik des gesamten Bauwerks aus. Dies wiederum ermöglicht kreativere, anspruchsvollere oder auf andere Weise optimierte Bauwerke.

Die Technologie ist bereit, sind Sie es auch?

Die Technologien zur wirtschaftlichen Herstellung formeffizienter Bauteilgeometrien ist marktreif und verfügbar. Um die Potenziale voll ausschöpfen zu können, sollte der Fertigungsprozess bereits in der Konstruktionsphase mitgedacht werden. Denn auch bei Strukturbauteilen lassen sich mit einem ganzheitlich konzipierten, ausgereiften und industriell verfügbaren Fertigungsverfahren wie dem Concrete Aeditor enorme Einsparungen erzielen. Dabei können einzelne Bauteile je nach Anwendungsfall hinsichtlich unterschiedlicher Optimierungsziele entwickelt werden: Sei es rein materialoptimiert für ein Maximum an Beton- und Zementeinsparung, volumenoptimiert für den Transport oder gestalterisch optimiert hinsichtlich ganz spezieller ästhetischer Anforderungen. Hier eröffnet unser innovatives Robotic Shotcrete Printing viele Möglichkeiten, die mit klassischen Fertigungsverfahren undenkbar wären.

Nehmen Sie mit uns Kontakt auf, wenn Sie mehr über RSP und Concrete Aeditor erfahren wollen, um die Digitalisierung auch in ihren Fertigteilwerk voranzutreiben – für mehr Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit.

+++ Quellen und weitere Informationen:

(1) PwC Studie 2024: Die Bauindustrie in Krisenzeiten: Fortschritte bei ESG, Stillstand bei der Digitalisierung