Bauen mit dem 3D-Drucker, Nachwuchs für den Mikrochip: Ministerpräsident Stephan Weil besucht TU Braunschweig

Neue Technologien sind notwendig, um das Bauen umweltfreundlicher,
schneller und wirtschaftlicher zu machen. Wissenschaftler der TU
Braunschweig sehen in der Additiven Fertigung eine digitale
Schlüsseltechnologie für das Bauen der Zukunft. Wie sie das 3D-Drucken im
Sonderforschungsbereich „Additive Manufacturing in Construction“
erforschen, zeigten sie Niedersachsens Ministerpräsidenten Stephan Weil.
Außerdem machte er sich ein Bild von der Zukunft der Mikroelektronik: Ein
zentrales Forschungsfeld ist die Photonik-Elektronik-Kombination, die
Steuerung von Strom und Licht in einem einzigen Mikrochip. Hierzu wird
eine neue Halbleitertechnologie im Nitride Technology Center entwickelt.

„Forschung aus Niedersachsen ist ein echter Innovationstreiber, davon
konnte ich mich heute einmal mehr an der TU Braunschweig überzeugen. Hier
werden neue Technologien entwickelt, die das Bauen umweltfreundlicher,
schneller und wirtschaftlicher machen – ein echter Meilenstein. Und die
Forschungen zu Halbleitertechnologien versprechen Fortschritte in Sachen
Energieeffizienz und Leistungsstärke“, sagt Stephan Weil,
Ministerpräsident des Landes Niedersachsen.

Forschungsstandort für die Digitale Baufabrikation

Durch die Vervierfachung der Weltbevölkerung in den vergangenen 100 Jahren
ist das Bauwesen zu einem globalen Treiber für Ressourcenverbrauch und
Umweltbelastung geworden. Daneben leidet die Bauindustrie unter
stagnierender Produktivität und für Kund*innen ist das Bauen kaum
bezahlbar. Während andere Industriebereiche wie der Automobilbau über die
Jahrzehnte kontinuierlich technologische Entwicklungen in ihre Fertigung
integriert haben, bestimmen auf den Baustellen noch überwiegend
lohnintensive handwerkliche Techniken die Herstellung von Bauwerken.

Hier setzen die Wissenschaftler*innen des Sonderforschungsbereichs
„Additive Manufacturing in Construction“ (AMC) an. Im Unterschied zu den
handwerklichen Bautechniken wird beim 3D-Drucken ein Bauteil Schicht für
Schicht aufgebaut und in seine dreidimensionale Form gebracht: Formenbau,
industrielle Vorprozesse oder aufwendige Anpassungsprozesse von
Halbzeugen, wie Rohlingen sind nicht erforderlich. „Zu Beginn des
digitalen Zeitalters haben wir die große Chance, mit dem 3D-Drucken den
Weg für einen Paradigmenwechsel im Bauwesen zu bereiten, nämlich den Wert
des Materials in den Vordergrund zu stellen und nicht die Lohnkosten
aufgrund veralteter Bautechniken. Die Additive Fertigung hat das Potenzial
für eine digitale Bauschlüsseltechnologie, um Bauen produktiver,
umweltschonender und bezahlbarer zu machen“, sagt Professor Harald Kloft,
Leiter des Instituts für Tragwerksentwurf (ITE) und Sprecher des
Sonderforschungsbereichs. Bereits seit zehn Jahren erforscht die TU
Braunschweig 3D-Druckverfahren für das Bauwesen und hat sich damit als
Forschungsstandort für die Digitale Baufabrikation etabliert.

Digitales Baufabrikationszentrum: „Bauwerke ganz neu denken“

Doch wie sieht das konkret aus? Einen Einblick erhielt Ministerpräsident
Stephan Weil am 23. Oktober im Digital Building Fabrication Laboratory
(DBFL). Das Forschungsgroßgerät mit einer Länge von 16 Metern und neun
Metern Breite ist ein digitales Baufabrikationszentrum. Dazu gehören eine
CNC-Fräse, ein Sechsachs-Roboterarm und eine automatisierte
Betonmischanlage. Hier werden Bauteile – wie Wände, Stützen, Decken und
auch Brücken – im Maßstab 1:1 gedruckt und die Wechselwirkungen von
Material, Prozess und Formgebung erforscht: „Der 3D-Druck ermöglicht es
uns, Bauwerke ganz neu zu denken. Ressourcenschonender, emissionsärmer,
effizient und mit neuen gestalterischen Freiräumen für die Architektur“,
sagt Norman Hack, Professor für Digitale Konstruktion am ITE.

Beton, Stahl, Lehm

Mit dem DBFL drucken die Wissenschaftler*innen nicht nur Beton, sondern
auch Stahl und Lehm, bauen das Material in Schichten auf, spritzen es mit
einem Roboterarm, wie beim Shotcrete-3D-Printing-Verfahren oder injizieren
Materialstränge in ein Trägermedium, so dass filigrane Strukturen
entstehen. „Die Interaktion von Material und 3D-Druckprozessen ist von
elementarer Bedeutung für die Qualität der gedruckten Bauteile“, sagt Dirk
Lowke, Professor am Centrum Baustoffe und Materialprüfung der TU München.
Weiterhin zeigten die Wissenschaftler*innen, wie Betonbauteile aus
abzureißenden Bestandsgebäuden wiederverwendet werden können. Hierbei
helfen real-digitale Prozessketten, Betonbauteile aus dem Gebäudebestand
zu gewinnen, und als „Zweitbauteile“ weiter zu nutzen. Ebenso wird an der
Verwendung von Präzisionsschalung aus 100 Prozent recycelbaren
Industriewachsen geforscht. Das Wachs kann wieder eingeschmolzen werden
und bietet vollkommen neue Formen der Verschalung an.

„Die Errungenschaften des DFG-Sonderforschungsbereichs TRR 277 ‚Additive
Fertigung im Bauwesen‘ sind zukunftsweisend für die Bauwirtschaft und
Gesellschaft. Die Arbeit des sehr leistungsstarken Forschungsbereichs wird
die Baubranche grundlegend revolutionieren“, fasst die Präsidentin der TU
Braunschweig, Angela Ittel, zusammen. „Die Forschungsgruppe ist zudem ein
herausragendes Beispiel dafür, wie erfolgreich und bereichernd
universitätsübergreifende und interdisziplinäre Zusammenarbeit sein kann.
Auch in Zukunft planen wir, diese Zusammenarbeit auszubauen. So haben wir
zusammen mit der TU München eine Skizze für ein gemeinsames
Exzellenzcluster auf den Weg gebracht, das die weitergehende Erforschung
neuer Bautechnologien und die Integration dieser in Wirtschaft und
Gesellschaft untersuchen soll.“

Weiterer Programmpunkt des Besuchs: das Nitride Technology Center

Ein weiteres Forschungsfeld an der TU Braunschweig ist die Galliumnitrid-
Technologie. Alle Fäden sollen hier im Nitride Technology Center (NTC)
zusammenlaufen. Im NTC werden Halbleiter-Chips erforscht, die neben Strom
auch Licht steuern. Optische Prozessoren sind die Basis für
energieeffiziente und leistungsstarke KI-Prozessoren. Zwischen der
Ausbildung dringend gefragter Fachkräfte für die Halbleiterfertigung und
der Entwicklung von Quantentechnologien präsentierte sich dem
Ministerpräsidenten ein Zukunftsfeld für Niedersachsens Forschung und
Industrie.

„Wir haben über die letzten Jahre Braunschweig und die Region zu einem
international sichtbaren Zentrum für Galliumnitrid-Forschung aufgebaut. Im
Gegensatz zu Silizium kann Galliumnitrid Licht emittieren und spielt damit
eine zunehmend stärkere Rolle in der Mikroelektronik. Mit dem NTC
fokussieren wir jetzt diese Forschungsaktivitäten und damit auch die
Ausbildung von Fachkräften in Niedersachsen – in enger Zusammenarbeit mit
regionalen Initiativen wie dem Quantum Valley Lower Saxony und globalen
Playern wie Intel, Infineon, ams Osram oder Global Foundries“, so
Professor Andreas Waag vom Institut für Halbleitertechnik der TU
Braunschweig.

Über den Sonderforschungsbereich „Additive Manufacturing in Construction“
(AMC):

Der von der DFG geförderte Sonderforschungsbereich TRR 277 Additive
Manufacturing in Construction (AMC) von TU Braunschweig und TU München hat
das Ziel, die Transformation des Bauwesens in eine digitale und
nachhaltige Zukunft wesentlich mitzugestalten. Im Fokus steht die Nutzung
der 3D-Drucktechnologie (Additive Fertigung), um ressourcenschonende,
emissionsarme und wirtschaftliche Bauweisen zu entwickeln. Komplexe
Forschungsfragen zu Werkstoffen, Verfahrenstechnik, digitaler
Prozesssteuerung, Modellierung, Design und Konstruktion werden von
Wissenschaftler*innen aus den Bereichen Bauwesen und Maschinenbau
ganzheitlich untersucht.
Weitere Informationen: www.amc-trr277.de