Betonkonstruktion

3D-gestrickte Schalung ermöglicht 5 Tonnen schwere Betonstruktur

| Redakteur: Katharina Juschkat

Eine 3D-gestrickte Schalung aus Textil half dabei, das fünf Tonnen schwere Kunstwerk zu formen.
Eine 3D-gestrickte Schalung aus Textil half dabei, das fünf Tonnen schwere Kunstwerk zu formen. (Bild: ETH Zürich/Mariana Popescu)

Per Knopfdruck strickte die ETH Zürich eine Textilschalung, die als formgebendes Element in kurzer Zeit geschwungene Betonschalen herstellen kann. Erstmals wurde jetzt ein Prototyp in architektonischem Maßstab umgesetzt.

Die ETH Zürich zeigt, wie in Zukunft gebaut werden könnte: Mithilfe einer 3D-gestrickten Schalung aus Textil, die mit Stahlseilen gespannt wird, können komplexe Bauformen wesentlich einfacher und schneller gebaut werden. Als Prototypen haben die Schweizer Forscher eine vier Meter hohe, geschwungene Betonkonstruktion mit dem gestrickten Textil entworfen – „Knit Candela“ entstand für eine Ausstellung in Mexiko-Stadt.

55 Kilo Schalung für fünf Tonnen Beton

Eine industrielle Strickmaschine produzierte die Schalung ab einem digital generierten Strickmuster: In vier Bahnen strickte sie in 36 Stunden ein fertig geformtes 3D-Textil mit zwei Lagen. Die untere Lage bildet die sichtbare Decke – eine gestaltete Oberfläche mit farbigem Strickmuster. Die obere Lage enthält Tunnel für die Kabel des Schalungssystems und Taschen für herkömmliche Luftballone, welche nach dem Betonieren zu Hohlräumen werden. So wird die Konstruktion leicht und materialsparend. Schalungen für solch komplexe Formen auf konventionelle Weise herzustellen, würde wesentlich mehr Zeit und Material kosten.

Im Innenhof des Museums wurde die gestrickte Schalung in einen temporären Rahmen gespannt und darauf eine speziell entwickelte Zementmischung gespritzt. Diese erste Schicht ist nur wenige Millimeter dünn, aber ausreichend, um eine starre Form zu erzeugen. Danach wurde konventioneller, faserverstärkter Beton aufgebracht.

Mit der Strickware im Koffer nach Mexiko

Die fertig gestrickten Stoffbahnen wurden vorab in zwei Reisetaschen nach Mexiko-Stadt transportiert – als normales Aufgabegepäck. Die Strickware ist nur 25 Kilogramm schwer, die Stahlseile etwa 30 Kilogramm. Eingespannt in den Holzrahmen stützen sie über fünf Tonnen Beton.

Die Technologie wurde von Mariana Popescu und Lex Reiter im Rahmen des Forschungsprojekts NFS Digitale Fabrikation entwickelt. Popescu ist Doktorandin bei Philippe Block, Professor für Architektur und Tragwerk an der ETH Zürich, Reiter Doktorand bei Robert Flatt, Professor für Physikalische Chemie von Baustoffen.

Stricken statt 3D-Drucken

Die Forschung von Popescu zeigt, dass mit gestrickten Textilien für architektonische Anwendungen sowohl Material wie Arbeitszeit gespart werden kann und der Bauprozess für komplexe Formen einfacher wird. Matthias Rippmann, Projektleiter für „Knit Candela“ und Senior Researcher in der Block Research Group, sagt: „Von den ersten Arbeiten bis zur Fertigstellung vergingen nur fünf Wochen – das ist bedeutend weniger Zeit als wir mit konventioneller Technologie benötigt hätten.“

Knit Candela ist auch eine Weiterentwicklung des Form-Systems für das Hilo-Dach – dem geschwungenen, ultraleichten Betondach, welches die Block Research Group für das Forschungs- und Innovationsgebäude NEST im Jahr 2017 entwickelt hat.

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Für Knit Candela produzierten die ETH-Forscher die gestrickte Schalung in einem Arbeitsschritt, während bei Hilo die Schalung aus einem Netz aus Stahlseilen und einer genähten und geklebten Plane produziert wurde. Mariana Popescu erklärt: „Stricken bietet den Vorteil, dass 3D-Formen nicht aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden müssen. Mit dem richtigen Strickmuster können wir sämtliche Wölbungen, Taschen und Kanäle per Knopfdruck produzieren.“ Für die Bauindustrie ist 3D-Druck ein großes Thema. Philippe Block sagt, die neue Methode sei gewissermaßen eine neue Form des 3D-Drucks, „nur dass wir dazu keine neuartige Maschine benötigen. Eine herkömmliche Strickmaschine reicht.“

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