30. November 2021

Wie der 3D-Druck dem Modellbau neue Wege eröffnet

Maßstabsgetreue Architekturmodelle herzustellen ist aufwendig. Dank 3D-Druck geht das jetzt schneller, einfacher und unkomplizierter. Das Architekturinstitut Mainz und das Architektenbüro RPBW nutzen bereits einen 3D-Drucker für die Planung und Visualisierung wichtiger Projekte. 

Berlin (pm) – Maßstabsgetreue Modelle sind ein wichtiges Hilfsmittel zur Visualisierung und Planung von Projekten. Architekt:innen können so Ideen für neue Gebäude erproben. Auch Archäolog:innen und (Kunst-)Historiker:innen nutzen Modelle, um durch die Veranschaulichung antiker Städte ein besseres Verständnis über historische Gegebenheiten zu erhalten. Aus Architektur und (Re-)Konstruktion ist der 3D-Druck daher nicht mehr wegzudenken. Doch die Herstellung solcher Modelle erfordert eine hohe Detailgenauigkeit. Außerdem müssen sie oft verändert und nachbearbeitet werden. Das kann nicht nur sehr aufwendig sein, sondern auch viel Zeit in Anspruch nehmen. Das Architekturinstitut Mainz und das Architektenbüro Renzo Piano Building Workshop (RPBW) kennen diese Herausforderungen. Sie setzen auf den 3D-Druck, um vor Ort kostengünstig detailgenaue Modelle zu erstellen.

Die Rekonstruktion mittelalterlicher deutscher Städte

Mithilfe des 3D-Drucks rekonstruierte das Architekturinstitut Mainz die mittelalterlichen Städte Mainz, Worms und Speyer und visualisierte damit deren Entwicklung vom Beginn des Niedergangs des Römischen Reichs im Jahr 800 bis 1250. Anhand archäologischer Funde und erhaltener Strukturen bildeten die Forschenden die Städte zunächst digital nach. Die Konstruktion der Modelle geschah in einem CAD-Programm. Die STL oder OBJ-Datei wurde anschließend in die Software zur Druckvorbereitung importiert, damit der 3D-Drucker die Informationen verarbeiten konnte.

 

(c) Formlabs

 

Im nächsten Schritt folgte die physische Repräsentation. Dabei fiel die Wahl auf den SLA-3D-Druck. Das Druckmaterial bildet verschiedene Kunstharze. Diese befinden sich in Kartuschen und können flexibel ausgetauscht werden. Beim Druck fließt das flüssige Kunstharz in einen Tank und wird dort anschließend mit UV-Strahlen gehärtet. Zu Beginn des Drucks fährt eine Druckplattform herunter, bis sie mit dem Kunstharz abschließt. Anschließend härtet der Laser Schicht für Schicht das Produkt. In diesem Prozess taucht die unterste Schicht immer wieder in das flüssige Kunstharz ein, sodass ein nahtloser Druck möglich ist. Mit einem Kunstharz neutraler Farbe, der hohen Detailtreue und einer matten Oberfläche bot der SLA-3D-Druck die idealen Voraussetzungen für Druck der mittelalterlichen Städte, ohne dass aufwendige Nachbearbeitungen notwendig waren.

 

(c) Formlabs

 

Je nach Umfang der Details und Höhe der Gebäude auf dem Segment dauerte ein Druck zwischen 12 und 24 Stunden. Die jeweilige Grundplatte von 12cm x 12cm mit einer Höhe von 0,8 cm bzw. 0,9 cm wurde dabei zuerst gedruckt, gefolgt von den architektonischen Einzelheiten. So entstanden schließlich aus über 650 Segmente sechs detailgenaue Modelle von Mainz, Worms und Speyer im Maßstab 1:1000.

Nachdem die 3D-gedruckten Teile aus dem Drucker entnommen wurden, durchlief jedes Segment einen routinierten Prozess: Die einzelnen Druckstücke wurden zunächst von der Bauplattform entfernt und die Stützstrukturen abgelöst. Im Anschluss wurde die 3D-gedruckten Teile gewaschen und gehärtet und abschließend noch abgeschliffen und lackiert. Nach zwei Jahren, 650 Segmenten und über 22.000 Arbeitsstunden wurden in einem letzten Schritt die Modelle von Speyer, Worms und Mainz in ihren jeweiligen Epochen zusammengesetzt. Die 3D-gedruckten Modelle können nun im Digital Urban History Lab des Landesmuseums Mainz betrachtet werden.

 

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Wie RPBW komplexe Modelle mit 3D-Druck herstellt

Auch für das internationale Architekturbüro Renzo Piano Building Workshop (RPBW) mit Büros in Genua, Paris und New York sind maßstabsgetreue Modelle aus dem 3D-Drucker zu einem grundlegenden Teil des Arbeitsprozesses geworden. So werden für jedes Projekt hunderte von groß- und kleinformatigen Modellen in den Werkstätten von RPBW hergestellt, um die unterschiedlichen Vorschläge und Ideen zu erproben. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf „Design to Build“. Das Konzept stellt sicher, dass jeder Bestandteil passt und das fertige Gebäude bis in das kleinste Detail dargestellt wird. Doch da an diesen Ideen weiterhin gearbeitet wird, ändern sich die Modelle ständig, sodass man sie schnell anpassen können muss. Dank 3D-Druck können die Modellbauer:innen von RPBW nun die Produktion detailgenauer und komplexer Modelle beschleunigen. Geometrien wie Kugeln und geschwungene Oberflächen oder kleine filigrane Teile wie Treppen und Bäume, die nicht leicht von Hand zu fertigen sind oder sonst sehr zeitaufwändig wären, lassen sich mit dem 3D-Drucker problemlos anfertigen. So erhält man genau das Ergebnis, das man vorab in der 3D-Datei sieht.

 

(c) Formlabs

 

Für gewöhnlich beginnen die Modellbauer:innen von RPBW damit, das maßstabsgetreue Modell auf Papier zu drucken, um die tatsächliche Größe des Modells einschätzen zu können. Im nächsten Schritt wird überlegt, wie sich das Modell aufteilen lässt. Dann werden die einzelnen Teile gedruckt. Im Architekturbüro von RPBW wird der 3D-Drucker in der Nacht gestartet, denn so steht morgens schon ein fertiges Modell bereit. Online können die Mitarbeitenden direkt auf den 3D-Drucker zugreifen und Druckaufträge planen und genau timen – auch der Druckfortschritt kann so eingesehen werden. Dadurch verlieren die Modellbauer:innen tagsüber keine Zeit, außerdem müssen sie nicht auf Zulieferer warten. Die gesamte Produktion beschleunigt sich. Anpassungen der Modelle sind leicht möglich, da lediglich die CAD-Vorlage angepasst und ein neuer Druckauftrag gestartet werden muss.

 

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Der 3D-Druck hat den Arbeitsalltag im Architekturbüro enorm erleichtert, denn sogar zeitaufwändige und filigrane Modelle können direkt vor Ort produziert werden. So wurde auch die komplexen Gelenke der Träger im Modell der neuen San-Giorgio-Autobahnbrücke in Genua 3D-gedruckt. Die Brücke hat vor kurzem die Morandi-Brücke ersetzt, die vor zwei Jahren eingestürzt ist.

 

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Die Zukunft des Modellbaus

Der 3D-Druck spielt eine transformative Rolle bei der Herstellung von maßstabsgetreuen Architekturmodellen. Er erleichtert und beschleunigt den Arbeitsalltag. Mit einem 3D-Drucker können auch komplexe Modelle in einem einfachen Workflow hergestellt werden. Ein Desktop-SLA-Drucker, wie ein Form 3 von Formlabs, hat lediglich eine Standfläche, die etwa so große ist wie ein DIN A3 Blatt. Dank der Inhouse-Produktion sind Planer:innen nicht mehr an lange Wartezeiten von Zulieferern gebunden. Die Architekt:innen von RPBW sind bereits überzeugt, dass der 3D-Drucker in der Zukunft ein alltägliches und essenzielles Werkzeug in Architekturwerkstätten und -büros sein wird.

 

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Ein Gastbeitrag von Stefan Holländer, Managing Director EMEA bei Formlabs