Forschungsprojekt: Robotische Vorfertigung im Holzbau

Wissenschaftler der Universität Stuttgart entwickeln gemeinsam mit dem Roboterhersteller Kuka und dem Holzbauer MüllerBlaustein ein Holzleichtbausystem, das die Vorteile der Roboterfertigung mit computerbasierten Entwurfs- und Simulationsverfahren sowie den dreidimensionalen Messtechniken von Architekten und Ingenieuren zusammenführt. Die Partner möchten die Potentiale der robotischen Vorfertigung ausloten. Ihr Ziel sind innovative, leistungsfähige und ressourcenschonende Baukonstruktionen aus Holz, die auch aufgrund ihres neuartigen architektonischen Ausdrucks faszinieren.

Wenn es um Sonderkonstruktionen im Holzbau geht, sind die mittelständischen Betriebe in Baden-Württemberg führend. Lange Zeit standen dabei die handwerkliche Bearbeitung sowie die serielle Vorfertigung im Vordergrund. Allerdings sind diese Verfahren teuer und wenig flexibel. Daher geht der Trend seit einigen Jahren hin zu computerbasierten Planungs- und Fertigungsverfahren und dem Einsatz von Industrierobotern. Letztere ermöglichen eine Ausweitung des Anwendungsspektrums der digitalen Fabrikation und bieten mehr Freiheit für die Entwicklung innovativer, materialgerechter und anpassungsfähiger Konstruktionsprinzipien.

Die Universität Stuttgart ist in der Forschung zum konstruktiven Leichtbau führend. So konnten das Institut für Computerbasiertes Entwerfen (ICD) und das Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) schon im Sommer 2011 gemeinsam mit Studierenden einen temporären bionischen Versuchsbau aus Holz realisieren. Der viel beachtete Forschungspavillon zeigte exemplarisch die konstruktiven und architektonischen Potentiale der robotischen Fertigung im Holzbau.

Diese Vorarbeiten sollen jetzt im Rahmen eines von der Europäischen Union und dem Land Baden-Württemberg geförderten Forschungsprojekt mit einem Gesamtvolumen von 425.000 Euro in ein praxisnahes robotisch gefertigtes Holzleichtbausystem überführt werden. Beteiligt sind daran neben dem ICD und dem ITKE auch das Institut für Ingenieurgeodäsie (IIGS) der Universität Stuttgart, der Roboterhersteller KUKA, das Holzbauunternehmen Müllerblaustein, der Landesbetrieb Forst Baden-Württemberg sowie die Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014. Im Zuge des Projekts wollen die Projektpartner einen Demonstratorbau auf der Landesgartenschau errichten, der in Holzleichtbauweise durch eine innovative Plattenkonstruktion ausgeführt wird. Dieser soll nicht nur aufzeigen, welche Möglichkeiten die robotische Fertigung eröffnet, sondern auch dazu beitragen, die Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft kleiner und mittlerer Unternehmen in Baden-Württemberg zu stärken.

Die Erforschung der Potentiale der robotischen Fertigung erfordert auch die Entwicklung und den Einsatz von neuartigen architektonischen Entwurfs-, Planungs- und Simulationsverfahren. Ein besonderer Schwerpunkt ist dabei die durchgehende digitale Prozesskette von der Modellierung der Bauwerksgeometrie, über die statische Berechnung bis zur computerunterstützen Fertigung, sowie der anschließenden Überprüfung von Toleranzen und geometrischen Abweichungen. An der Universität Stuttgart wird deshalb ein integrativer und interdisziplinärer Ansatz verfolgt, der die Eigenschaften und die Bearbeitungsmöglichkeiten des Werkstoffes Holz berücksichtigt. In der universitätseigenen robotischen Fertigungsanlage werden neue praxisnahe Konstruktionsprinzipien entwickelt und zu einem architektonischen System ausgearbeitet.