The Institute for Advanced Architecture of Catalonia (IAAC) has completed the 3D printing of a new low-carbon building prototype using locally available earth and natural materials. The IAAC used a Crane WASP 3D printer to create the experimental lightweight building as part of an extension to the institute's 3D printed Earth Forest Campus in Barcelona's Collserola Natural Park. The project represents an important step in the development of a sustainable, zero-mile and affordable housing model.
WASP - World's Advanced Saving Project
WASP - World's Advanced Saving Project wurde 2012 in Massa Lombarda, Italien, gegründet. Inspiriert von der Töpferwespe, einer Wespe, die ihr eigenes topfähnliches Nest aus Ton baut, entwickelt und produziert WASP großformatige 3D-Drucker zum Nutzen der Menschheit. Die 3D-Drucker des Unternehmens kommen in verschiedenen Bereichen zum Einsatz, darunter Wohnungsbau, Energie, Gesundheitswesen und Lebensmittel. Die Erlöse aus dem Verkauf der WASP-Drucker werden in Forschung und Entwicklung investiert, um den Wohlstand für alle zu verbessern. Insbesondere konzentriert sich WASP auf den Druck gesunder, menschenfreundlicher Lehmhäuser, die die universelle Verfügbarkeit von Erde nutzen.
Crane WASP 3D-Drucker
Der 2018 erstmals entwickelte Crane WASP ist ein kollaboratives 3D-Drucksystem, das Gebäude aus lokal beschafften Naturmaterialien, landwirtschaftlichen Abfällen und Standardbaumaterialien herstellen kann. Sein Design interpretiert den archetypischen Baukran aus der Perspektive der digitalen Fertigung neu. Der Drucker kann je nach Druckbereich in verschiedenen Konfigurationen zusammengesetzt werden. Crane WASP kann mit Ton, Luft- und hydraulischem Kalk, Zement, Zuschlagstoffen sowie Natur- und Polymerfasern arbeiten.
Eine erschwingliche und nachhaltige Lösung für den Wohnungsbau
In vielen Regionen der Welt leiden die Menschen unter einer Krise des bezahlbaren Wohnraums. In einem Bericht der Vereinten Nationen wird hervorgehoben, dass "1,6 Milliarden Menschen auf der ganzen Welt nicht über angemessenen Wohnraum und grundlegende Dienstleistungen verfügen". Es wird prognostiziert, dass diese Zahl bis 2030 auf drei Milliarden Menschen ansteigen könnte. Nach mehr als zehn Jahren Forschung kombiniert das IAAC mit seinem Programm "Postgraduate in 3D Printing Architecture" ein traditionelles Material mit modernster Technologie, um "eine erschwingliche und nachhaltige Lösung für den Wohnungsbau vorzuschlagen." Darüber hinaus ist der 3D-Druck, bei dem vor Ort gewonnene Erde verwendet wird, eine besonders nachhaltige Baumethode, die einen großen Beitrag zu einer Kreislaufwirtschaft leistet.
Eine Vision für zukünftiges Wohnen in einer 3D-gedruckten Erdsiedlung:
3D-gedruckter Earth Forest Campus
Die Forschungen der IAAC zum neuen Leichtbau-Prototyp im Collserola-Naturpark wurden durch eine kürzliche Zusammenarbeit mit dem globalen Architekturbüro Hassell verstärkt. Bei dem Projekt handelte es sich zunächst um einen (von Hassell finanzierten) Prototyp für ein bevorstehendes Gemeindezentrumsprojekt in Tansania, das die Entwicklung einer Erddruckwand in voller Größe beinhaltete. IAAC hat dann den ursprünglichen Prototyp zu einem Pavillon in Originalgröße erweitert.
Die erste Phase des 3D-gedruckten Erdwald-Campus des IAAC trug den Namen TOVA (fertiggestellt 2022 im Rahmen des Postgraduiertenstudiengangs für 3D-gedruckte Architektur) - es war das erste 3D-gedruckte Gebäude in Spanien, das aus Erde und einem Crane WASP gebaut wurde. "Der 3D Printed Earth Forest Campus ist eine architektonische Intervention mit einer Reihe von geschlossenen, überdachten und offenen Räumen aus 3D-gedruckter Erde, die auch als Live-Labor für die Erprobung neuer konstruktiver und architektonischer Lösungen dient", erklärt IAAC. Das Projekt zielt darauf ab, eine Reihe von Räumen aus einer Reihe von Perspektiven zu schaffen und zu zeigen, wie sich Gebäude an die Bedürfnisse ihrer Nutzer anpassen können.
Der 3D-gedruckte Earth Forest Campus besteht zum größten Teil aus natürlichen Materialien. Ein fünfzig Zentimeter hohes Natursteinfundament sorgt für Stabilität und Entwässerung. Oberirdisch bestehen die ersten dreißig Zentimeter jeder Wand aus einer soliden stabilisierten Erdbasis, die das Gebäude vor Überschwemmungen und Regen schützt. Der Sockel wurde mit Hilfe einer mit Erde bedruckten Schalung an Ort und Stelle gegossen - diese wurde später als Material für den Druck der Wände wiederverwendet. Die Wandstärke variiert zwischen vierzig und siebzig Zentimetern, je nach dem Gewicht der zu tragenden Last und dem erforderlichen Schutz vor Sonneneinstrahlung.
Für die Herstellung der Erdwälle wird Material verwendet, das nur wenige Meter von der Baustelle entfernt gewonnen wird: Die Erde wird bis zu einer Tiefe von 0,5 Metern ausgehoben, um organische Bestandteile zu vermeiden; sie wird in der Sonne getrocknet und dann gesiebt, um große Steine zu entfernen; die Erde wird mit Wasser, einer organischen Faser und einem natürlichen Enzym vermischt; die Mischung wird dann in den 3D-Drucker gepresst. Die Wand wird täglich in einer Höhe von 25 Zentimetern gedruckt, so dass sie nicht durch ihr Gewicht zusammenbricht - sie erreicht in etwa zehn Tagen eine Höhe von 2,5 Metern (acht Fuß). Das Holzdach wird installiert, wenn die Wände teilweise trocken sind; das Dach ruht auf den Erdwänden und ist mit ihnen verankert.
Der Einsatz des 3D-Drucks ermöglicht ein hohes Maß an individueller Anpassung des Designs. "Je nach ihrer Position innerhalb des Projekts vereinen die Wände unterschiedliche Leistungen", sagt IAAC. "Sie sind strukturell, halten ihr eigenes Gewicht und das Gewicht ihrer Dächer (die in mehrstöckigen Gebäuden verwendet werden können); sie wirken als thermische Barrieren und Feuchtigkeitsregulatoren; sie rahmen kleine Öffnungen für Licht und Ausblicke ein und steuern die natürliche Belüftung." Gedruckte Wände sind zu 50 Prozent hohl und ihre Hohlräume können für die Isolierung und die Integration von Dienstleistungen genutzt werden.
TEIXIT
TEIXIT, die nächste Phase des 3D Printed Earth Forest Campus, erweitert den Campus um ein Leichtbaugebäude.
TEIXIT grenzt an TOVA und erweitert den Wohn- und Arbeitsbereich des Campus. Die Konstruktion des Leichtbaugebäudes befasst sich mit der Frage: "Wie viel Tageslicht kann durch eine Lehmbauwand dringen?" Erdwälle sind in der Regel sowohl dick als auch undurchsichtig. Die 3D-Drucktechnologie bietet Flexibilität im Design, d. h. ein Erdwall kann mit einem hohen Maß an Porosität konstruiert werden, die eine kontrollierte Lichtmenge durch die Tiefe hindurch ermöglicht. Indem eine Schicht nach der anderen aufgetragen wird, entsteht ein Netz von 20 Zentimeter breiten Öffnungen.
TEIXIT ist ein 50 Quadratmeter großer, offener Raum, der aus drei mit Lehm bedruckten Wänden besteht - die über einen Zeitraum von vier Wochen gedruckt wurden - und ein Holzdach trägt. Vorgespannte Seile, die durch die inneren Hohlräume der Wände geführt werden, verankern das Dach auf den Fundamenten und gleichen so die Auftriebskräfte des Windes aus. Das überhängende Dach trägt dazu bei, die ungebrannten Lehmwände vor Wasserschäden zu schützen; außerdem wurde eine wasserabweisende Behandlung mit organischem Öl aufgetragen.
Die Aufnahme von TEIXIT in den 3D-gedruckten Earth Forest Campus des IAAC bringt die Forschung des Instituts einen Schritt näher an die Entwicklung einer kohlenstoffneutralen Architektur, die an die Bedürfnisse ihrer Nutzer und der Umwelt angepasst ist.
