Im Sommersemester 2025 startete am Institut für Konstruktives Gestalten und Baukonstruktion (KGBauko) der TU Darmstadt ein wegweisendes Forschungs- und Entwicklungsprojekt im Bereich des 3D-Betondrucks (3D Concrete Printing, 3DCP). Das Projekt wurde in enger Kooperation mit Sika Deutschland, der Riedel Bau Gruppe und Staikos 3D durchgeführt und steht exemplarisch für die zunehmende Verzahnung von digitaler Planung, additiver Fertigung und nachhaltiger Baukultur.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Realisierung einer topologieoptimierten Betondecke mit einer Spannweite von 5 x 5 Metern, die als freitragende Decke mit einer pilzförmigen, zentralen Einzelstütze ausgeführt wurde. Diese Decke soll nicht nur als technischer Demonstrator dienen, sondern auch als Basis für die Untersuchung innovativer Bauverfahren und materialeffizienter Konstruktionsweisen. Eine Besonderheit liegt in der vollständig 3D-gedruckten Betonschalung, die sowohl die komplexe Geometrie der Decke ermöglicht als auch eine präzise Umsetzung der topologieoptimierten Struktur sicherstellt.

Das Bauwesen steht aktuell vor einem tiefgreifenden Wandel. Themen wie Ressourceneffizienz, Nachhaltigkeit, Digitalisierung und Automatisierung gewinnen zunehmend an Bedeutung. Der 3D-Betondruck gilt in diesem Kontext als eine der vielversprechendsten Technologien, um den Materialverbrauch zu reduzieren, die Bauzeiten zu verkürzen und gleichzeitig die Gestaltungsfreiheit zu erhöhen.

Eine der größten Herausforderungen für den Einsatz additiver Fertigung in der Baupraxis ist jedoch das Fehlen standardisierter Normen, Prüfverfahren und rechtlicher Rahmenbedingungen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, verfolgt das Projekt einen innovativen hybriden Ansatz. Die 3D-gedruckte Schalung wird als integrale Schalung eingesetzt, mit konventionellem Bewehrungsstahl versehen und anschließend mit Ortbeton ausgegossen. Dadurch entsteht ein tragfähiges Bauteil, das sowohl baurechtlich zulässig als auch technologisch fortschrittlich ist.

Die gedruckte Schalung erfüllt mehrere Funktionen gleichzeitig. Zum einen bildet sie die komplexe Rippengeometrie der Decke präzise ab und zeigt den inneren Kraftfluss der Struktur sichtbar auf. Zum anderen ermöglicht die additive Fertigung die Realisierung von geometrisch anspruchsvollen Formen, die mit klassischen Schalungsmethoden weder wirtschaftlich noch technisch umsetzbar wären.

Durch den gezielten Materialeinsatz entlang der tatsächlich auftretenden Kräfte wird eine hohe Tragfähigkeit bei minimalem Materialverbrauch und gleichzeitig geringstmöglichem Eigengewicht erreicht – ein Grundprinzip des topologieoptimierten Bauens. Damit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung und Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks im Bauwesen.

Die Umsetzung des Projekts folgt einer digital durchgängigen Prozesskette:

• Topologieoptimierung und Formfindung auf Basis statischer Simulationen

• digitale Planung und Parametrisierung der Schalungsgeometrie

• 3D-Druck der Schalung mit speziell entwickelten Materialien

• Bewehrung und Betonage in Zusammenarbeit mit den Industriepartnern

Diese enge Verzahnung von digitalem Entwurf, Fertigungstechnologie und baupraktischer Umsetzung verdeutlicht das Potenzial eines integralen Planungsprozesses, in dem Entwurf, Statik und Produktion eng miteinander verknüpft sind.

Der Demonstrator im Maßstab 1:1 wurde in der Riedel Bau Talentfabrik in Schweinfurt gefertigt. Nach intensiver Planungs- und Versuchstätigkeit konnten die Bewehrungsarbeiten erfolgreich ausgeführt werden. Die 3D-gedruckten Schalungselemente wurden passgenau montiert und das System anschließend mit Ortbeton monolithisch verbunden.

Bei der Planung des Projekts wurden Belastungsversuche und Materialanalysen durchgeführt, um die Tragfähigkeit, das Verformungsverhalten und die Dauerhaftigkeit des Bauteils zu evaluieren. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen in zukünftige Forschungsprojekte sowie in mögliche Normungsprozesse für additive Bauverfahren einfließen.

Die begleitenden Abbildungen und Zeichnungen dokumentieren die einzelnen Arbeitsschritte des Projekts – vom 3D-Druck der Schalung über die Integration der Bewehrung bis hin zur Betonage und Fertigstellung. Sie bieten einen faszinierenden Einblick in die Entstehung einer neuen Generation von Betonstrukturen, die gestalterische Freiheit, technische Präzision und ökologische Verantwortung miteinander vereint. Dieses Projekt steht beispielhaft für den Anspruch des KGBauko, Forschung, Lehre und Praxis im Bauwesen zu verbinden und die Bauwelt von morgen aktiv mitzugestalten.

Institut KGBauko, TU Darmstadt: Prof. Dipl.-Ing. Architekt Stefan Schäfer, Nikola Bisevac

SIKA Deutschland: Dr.-Ing. Slava Markin, Dr.-Ing. Shifan Zhang

Riedel Bau Gruppe: Dr.-Ing. Rebecca Wolff, Thomas Bauer, Christian Seuling, Timo Helemann

Staikos 3D: Georgios Staikos, Yannik Berkensträter

Beteiligte Studierende: Alessandro Garruto, Ahmet-Münir Telci, Max Rösner, Summer Wazy