Bau­en mit Ro­bo­tern und 3-D-Dru­ckern

Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) Digitale Fabrikation haben sich Architektinnen, Robotiker, Materialwissenschafterinnen, Statiker und Nachhaltigkeitsexpertinnen der ETH Zürich mit Wirtschaftspartnern zusammengetan, um mehrere digitale Bautechnologien vom Labor in die Praxis zu überführen. Gebaut wird auf dem NEST, dem modularen Forschungs- und Innovationsgebäude, das die Empa und Eawag auf ihrem Campus in Dübendorf errichtet haben (vgl. TEC21 22/2016). NEST bietet eine zentrale Supportstruktur mit drei offenen Plattformen, an die einzelne Bauprojekte – sogenannte Innovationsunits – andocken können. Vor Kurzem erfolgte der Startschuss für die Bauarbeiten des DFAB HOUSE.

Digital entworfen, geplant und gebaut 

Das DFAB HOUSE wird nicht nur digital entworfen und geplant, sondern auch weitgehend mit digitalen Prozessen gebaut. Mit diesem Pilotprojekt wollen die ETH-Professoren herausfinden, inwiefern digitale Technologien das Bauen nachhaltiger und effizienter machen und das gestalterische Potenzial erhöhen können. Auf Basis des Entwurfs wurden die einzelnen Bauteile digital aufeinander abgestimmt und werden nun direkt ab diesen Daten fabriziert. Eine konventionelle Ausführungsplanung entfällt. Ab Sommer 2018 soll das dreistöckige Gebäude mit einer Nutzfläche von 200 m² Gastforschenden der Empa und Eawag sowie Partnern von NEST als Wohn- und Arbeitsort dienen.
 

Alle bisher erschienenen Beiträge zum NEST-Gebäude finden sich hier.

Neue Bauverfahren im Praxistest 

Vier verschiedene Bauverfahren werden im DFAB HOUSE erstmals von der Forschung in die gebaute architektonische Anwendung überführt. Die Bauarbeiten starteten mit der sogenannten «Mesh Mould»-Technologie, die Ende 2016 mit dem Swiss Technology Award ausgezeichnet wurde. Eine zentrale Rolle kommt dabei dem zwei Meter grossen Bauroboter «In situ Fabricator» zu, der sich auf Raupen selbst in einer ständig ändernden Umgebung autonom bewegen kann. Ein von ihm fabriziertes Stahldrahtgitter dient als Schalung wie auch als Bewehrung für den Beton. Dank der engmaschigen Struktur des Stahldrahtgitters und der speziellen Betonmischung bleibt der Beton innerhalb des Gitters und fliesst nicht heraus. 

So resultiert am Ende eine doppelt gekrümmte, tragende Wand, die die Architektur des offenen Wohn- und Arbeitsbereichs im Basisgeschoss prägen wird. Auf ihr wird ein sogenannter «Smart Slab» zu liegen kommen – eine statisch optimierte und funktional integrierte Geschossdecke, für deren Schalung Forschende grossformatigen 3-D-Sanddruck nutzen. 

Für die Fassade des Basisgeschosses kommt die Technologie «Smart Dynamic Casting» zum Einsatz. Das automatisierte, robotische Gleitschalungsverfahren kann massgeschneiderte Fassadenpfosten aus Beton fabrizieren. Die beiden oberen Stockwerke mit Einzelzimmern werden mittels «Spatial Timber Assemblies» als räumlich von kooperierenden Robotern zusammengefügter Holzbau im Robotic Fabrication Laboratory der ETH Zürich vorfabriziert.

Vom digitalen Bauen zum digitalen Wohnen 

Digitale Technologien werden auch zum Einsatz kommen, wenn das DFAB HOUSE ab Sommer 2018 bewohnt sein wird. Unter der Federführung der digitalSTROM AG und in Kooperation mit mehreren anderen Schweizer Unternehmen werden neue Smart-Home-Lösungen und Internet-of-Things-Technologien getestet. Dazu gehören Geräte und Systeme, die intelligent miteinander kommunizieren, lernfähig sind und das Gebäude so steuern, dass sowohl die Energieeffizienz als auch der Wohnkomfort verbessert werden.
 

Beteiligte ETH-Professuren am DFAB HOUSE 
Prof. Matthias Kohler, Professur für Architektur und Digitale Fabrikation 
Prof. Fabio Gramazio, Professur für Architektur und Digitale Fabrikation 
Prof. Dr. Benjamin Dillenburger, Professur für Digitale Bautechnologien 
Prof. Dr. Joseph Schwartz, Professur für Tragwerksentwurf 
Prof. Dr. Robert Flatt, Institut für Baustoffe 
Prof. Dr. Walter Kaufmann, Institut für Baustatik und Konstruktion 
Prof. Dr. Guillaume Habert, Institut für Bau- und Infrastrukturmanagement