Pilotprojekt
Schalhaut aus 3D-Drucker eingesetzt
Leipzig (ABZ). – In vielen Bereichen der Schalungswelt nutzen Mitarbeiter bereits moderne Technik: Dabei erfolgt die Schalungsplanung digital, die Schalungsfertigung ist zum Großteil automatisiert. Diese Entwicklung hält auch in der Zusammenstellung von Schalung Einzug. Je nach Anforderung kann besonders aufwendige Sonderschalung mit neuen Technologien effizienter gefertigt werden. Individuelle Elemente, die meist nur einmal für ein ganz bestimmtes Bauteil eingesetzt werden, werden normalerweise aus Holz oder Kunststoff gefräst, geglättet, versiegelt und anschließend zusammengesetzt. Für die meisten Schalungsobjekte ist dies auch die wirtschaftlichste Methode. Doch es gibt auch Fälle, in denen sich andere Herstellungsprozesse besser eignen. In Kooperation mit der voxeljet AG hat der Schalungsspezialist Doka in einem Pilotprojekt eine 3D-gedruckte Schalhaut für eine Sichtbetontreppe mit ausgefallener Geometrie realisiert. Mit dem Ergebnis ist Doka zufrieden: Diese Methode habe Zeit gespart. Und die Oberflächen des Betons seien makellos.
Zum Einsatz kam die Schalhaut aus dem 3D-Drucker beim Bau des Hauptsitzes der Sächsischen Aufbaubank (SAB) in Leipzig. Den Entwurf und die Ausführungsplanung lieferte die deutsche Vertretung des Londoner Architekturbüros Acme. Die Umsetzung erfolgte durch die Arbeitsgemeinschaft Rohbau SAB Leipzig – Ed. Züblin AG, Bereich Sachsen, und GP Papenburg Hochbau GmbH, NL Ost. Beim Rohbau sollte eine halbgewendelte Treppe mit Zwischenpodest errichtet werden, die auf einer Tragwand aufgesattelt ist. Wie der gesamte Neubau ist auch die Treppe, die den Aufgang von der Tiefgarage ins Foyer bildet, architektonisch anspruchsvoll. Sie ist zu 40 % – bis zum Zwischenpodest – an eine Wand angelehnt und wird danach freitragend. Die Oberfläche der Innenseite war zudem als Sichtbeton auszuführen. Durch eine entsprechende Nachbehandlung mittels Sandstrahlen sollte eine weitestgehend Lunker-freie und farblich homogene Oberfläche hergestellt werden. Die geometrischen und optischen Anforderungen an das dafür konzipierte Schalsystem waren hoch. Für die Lösung dieser Aufgabe wandte sich die ausführende ARGE an Doka.
Zunächst teilte Doka die Oberflächen danach ein, welche besonders komplex und welche einfacher sind. Einachsige, geschwungene Oberflächen mit zylindrischen oder konischen Formen konnten konventionell wirtschaftlich geschalt werden. Ein besonderes Merkmal der Treppe war jedoch eine dreiachsig gekrümmte Oberfläche im Bereich des gerundeten Überhangs hin zur Wandseite. Es hätte lange gedauert, die dafür nötige Sonderschalung konventionell zu fertigen und vor Ort zu montieren.
Doka entschied sich daher für eine innovative Lösung: In Zusammenarbeit mit der voxeljet AG, einem Anbieter von 3D-Drucksystemen für den industriellen Einsatz, wurde in einem additiven Fertigungsverfahren eine spezielle Schalhaut für die Sonderschalung hergestellt. Ausgangspunkt war ein CAD-Modell: Doka plante die sieben Schalhautteile zuerst sehr detailliert virtuell. Danach stellte voxeljet in einem sogenannten Powder-Binder-Jetting-Verfahren die Teile der Schalhaut in einer Wandstärke von nur 21 mm her. Dabei wird eine Partikelschicht, in diesem Fall Sand, in mehreren Schichten hauchdünn aufgetragen und an jenen Stellen mit Harz verklebt, an denen das gewünschte Bauteil entstehen soll. Dies wird solange wiederholt, bis das Bauteil fertig ist. Eine Stützenkonstruktion ist nicht notwendig, loses Material wird danach entfernt. Die 3D-gedruckten Bauteile sind spannungsfrei gefertigt. Sie müssen nur noch mit Epoxidharz infiltriert und anschließend geschliffen und lackiert werden.
Die dreidimensional gekrümmten Elemente können mit der Doka-Standardschalung (Xlife-Platten) kombiniert werden. Bohrungen und Steckverbindungen waren bereits integriert. Dadurch ergab sich ein sehr einfacher Montageplan mit Stecksystem. Der Aufbau auf der Baustelle verlief schnell und effizient: Die Monteure benötigten wegen der hohen Vorfertigung der Einzelteile nur etwa ein Zehntel der sonst üblichen Zeit. Da die Komponenten präzise gefertigt waren, konnten die Monteure den Schalsatz einfach aufbauen. Die Ecken der Elemente waren passgenau und konnten als Einmessecken genutzt werden. Dass die Fertigung durch die durchgängig digitale Datenverarbeitung präzise war, zeigte sich beim Betonbild: Das Gussergebnis entsprach genau der Planung. Durch die geschlossene, digitale Datenkette war es zudem einfach, eine Qualitätssicherung bereitzustellen, so die Doka.
Das nachbehandelte Epoxid-Sand-Gemisch sei witterungsbeständig und kratzfest . Das habe zu dem guten Ergebnis beigetragen. Denn die fertige Schalung stand einen Monat – von März bis April – auf der Baustelle, bevor betoniert wurde. Sie war in dieser Zeit Frost, Feuchtigkeit und zwischenzeitlich auch Wärme ausgesetzt. Eine konventionelle Sonderschalung, deren Form unter Spannung steht, hätte dadurch leicht Risse bekommen können. Mängel in der Oberfläche wären die Folge gewesen. Durch das neue Verfahren waren jedoch keine aufwendigen Korrekturen oder Ausbesserungen nötig. Nach der erfolgreich betonierten Treppe war man sich einig: Es hätte durchaus noch mehr Fläche mit 3D-gedruckter Schalhaut realisiert werden können.
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