SMART SLAB

Smart Slab ist die erste Betondecke, die mit 3D-gedruckter Schalung produziert wurde. Die Leichtbau-Betonplatte zeichnet sich durch ihre dreidimensionale geometrische Differenzierung auf mehreren Ebenen aus. Das Projekt kombiniert die ausgezeichneten bautechnischen Eigenschaften von Beton mit der Geometriefreiheit des 3D-Drucks. Die Baumethode ermöglicht die Konstruktion von hochgradig optimierten Betonbauteilen mit komplexen Zierstrukturen.

Der Hauptvorteil des 3D-Drucks ist, dass geometrische Komplexität und individuelle Anpassungen weder Produktionskosten noch Produktionszeit erhöhen. Da bisherige Einschränkungen in der Grösse und der Auflösung der 3D-gedruckten Objekte wegfallen, gewinnt die Technologie nun auch für die Baukonstruktion in Originalgrösse an Bedeutung. Smart Slab steht für eine neue Generation von Bauprozessen: von Grund auf optimiert und vom Entwurf bis zur Fabrikation digitalisiert. Dabei automatisiert und optimiert der 3D-Druck den arbeitsintensivsten Prozess im Betonbau: die Fabrikation der Schalung. Mit der Verwendung von 3D-gedruckter Schalung nutzt Smart Slab die Plastizität des Betons in vollem Umfang, um ein hochgradig optimiertes Bauteil mit komplexen Zierstrukturen zu produzieren, die ein facettenreiches architektonisches Erscheinungsbild schaffen.

Die 78 Quadratmeter grosse Leichtbau-Betonplatte, die für das Projekt DFAB HOUSE fabriziert wurde, kragt über die S-förmige Mesh Mould Wand aus und trägt den darüberliegenden, zweigeschossigen Holzbau. Der Hauptträger der Betonplatte ist die S-förmige Wand von welcher die Platte in mehrere Richtungen auskragt. Smart Slab besteht aus elf 7,4 Meter langen Segmenten, die einzeln vorfabriziert und danach mittels Kabeln zur Nachspannung mechanisch zusammengefügt wurden.

Die Geometrie von Smart Slab wurde speziell für den herausfordernden Lastfall mit Auskragungen von bis zu 4,5 Metern optimiert. Dazu wurde das Material in einer hierarchischen Rippenstruktur verteilt, deren einzelne Rippen in der Tiefe zwischen 30 und 60 Zentimetern variieren. Die lediglich 1,5 Zentimeter dicken Betonfelder zwischen den Rippen sind gewölbt. Dadurch kann die Stabilität der Platte maximiert und der Materialverbrauch minimiert werden. Die gesamte Platte wiegt schliesslich lediglich 15 Tonnen, was im Vergleich zu einer konventionellen Massivbetondecke fast 70% weniger Gewicht ist.

Bei Smart Slab werden Installationen für die Gebäudehülle und für technische Anlagen wie Sprinkler und Beleuchtung in die vorgefertigten Bauelemente integriert, um die Bauhöhe zu reduzieren und zusätzlichen Aufwand auf der Baustelle zu vermeiden.

Für das Projekt wurde eigens eine Planungssoftware entwickelt, um die Fabrikationsparameter in die frühe Entwurfsphase miteinbeziehen zu können. Diese Software bewerkstelligt die Optimierung des Plattenentwurfs, die automatische Ausgestaltung, die Kostenkontrolle und den direkten Export der Fabrikationsdaten, welche die Schalung betreffen.

Weitere Innovationen

Projektbeteiligte:
Leitende Forscher
Prof. Dr. Benjamin Dillenburger, Digital Building Technologies Group, ETH Zürich
Prof. Dr. Robert Flatt, Professur für Physikalische Chemie von Baumaterialien, ETH Zürich
Prof. Dr. Joseph Schwartz, Professur für Tragwerksentwurf, ETH Zürich

Involvierte Forscherinnen und Forscher
Dr. Mania Aghaei Meibodi (Projektleiterin), Mathias Bernhard, Andrei Jipa, Demetris Shammas, Rena Giesecke, Jesus Medina, Melina Mezari, Matthias Leschok, Dr. Timothy Wangler, Nicolas Ruffray, Dr. Marco Bahr

Unterstützung
Ana Anton, Patrick Bedarf, Philippe Steiner, Ioanis Fousekis, Lorenz Brunner, Leander Peper, Xijie Ma, Michael Lyrenmann, Philippe Fleischmann, Andreas Reusser, Heinz Richner, Prof. Dr. Eleni Chatzi, Vasileios Ntertimanis, Harmanci Yunus Emre, Prof. Dr. Andreas Wieser, Robert Presl, Eugenio Serantoni, Valens Frangez, Adi Grüninger

Industriepartner
Bürgin Creations
Frutiger AG
voxeljet AG
Georg Ackermann GmbH
Stahlton AG
Christenguss AG
Fischer Rista AG
Rudolf Glauser AG
Gom International AG

Bildrechte:
Digital Building Technologies Group/ETH Zürich, Michael Lyrenmann, Catherine Leutenegger, oder Tom Mundy. Falls Sie eines der Bilder nutzen wollen, so nehmen Sie bitte mit uns Kontakt auf, um die genauen Bildrechte in Erfahrung zu bringen.