Von der Schalung zur Freiform: Additive Fertigung mit SPI bei Mangrove, USA

Beton hat sich seinen Ruf als einer der zuverlässigsten Baustoffe der Welt erworben. Doch wenn Projekte über flache Platten und einfache Geometrien hinausgehen und sich hin zu Krümmungen, tiefen Strukturen und ausdrucksstarken architektonischen Formen entwickeln, liegt die Herausforderung selten im Beton selbst. Komplexe Formen und Matrizen sind zeitaufwendig in der Planung, teuer in der Herstellung, schwer zu lagern und oft schwer zu rechtfertigen, wenn die Stückzahlen begrenzt sind oder sich Entwürfe von Projekt zu Projekt weiterentwickeln. Herkömmliche Schalungen sind zunehmend zu einer Einschränkung für Kreativität, Zeitplan und Kosten geworden. Hier wird ein neues Kapitel in der Betonherstellung geschrieben – eines, das eine tief verwurzelte Familientradition im Fertigteilbau mit einem Ansatz der nächsten Generation für die digitale Produktion verbindet.

Wie Mangrove den Architekturbeton neu definiert

Seit Jahrzehnten ist Greg Kerkstra (ehemals Kerkstra Precast) in den Vereinigten Staaten ein Synonym für architektonischen Fertigteilbau. Nun, da die dritte Generation der Familie Kerkstra die Führung übernimmt, wird dieses Erbe nicht neu geschrieben, sondern weitergeführt. Dieselben Werte – Präzision, Zuverlässigkeit und Respekt vor dem Material – treiben die Bereitschaft an, neue Werkzeuge einzusetzen, die reale Produktionsprobleme lösen. Eines der bedeutendsten Werkzeuge ist die additive Fertigung.

„Da ich seit fast 40 Jahren Teil der Geschichte des Betonfertigteilbaus in den USA bin und miterlebt habe, wie mein Vater und viele Titanen der Branche die Technologie vorangetrieben haben, freue ich mich darauf, die Branche mit SPI bei Mangrove weiterzuentwickeln, während ich mit meiner Familie und einem großartigen Team zusammenarbeite“, so Greg Kerkstra.

Durch die Partnerschaft mit der Progress Group – 3D Concrete Printing hebt Mangrove den Betonbau in Nordamerika auf die nächste Stufe und wendet additive Fertigung auf gewerbliche Außenfassaden, Landschaftsarchitektur, Bauelemente für den Außenraum und maßgeschneiderte Komponenten an, die sonst durch traditionelle Formen eingeschränkt wären. Die Progress Group hat den größten SPI-Drucker entwickelt und ist weltweit die erste, die diese Art des Druckens und entsprechende Ergebnisse für die Fertigteilindustrie realisiert hat.

Wenn die Schalung zum limitierenden Faktor wird

Architekten weltweit wünschen sich komplexe Ecken, tiefe Laibungen, strukturierte Oberflächen und Elemente, die sich wie entworfen anfühlen und nicht wie aus einem Katalog stammen. In diesen Situationen wird die Form – nicht der Beton – zum teuersten und risikoreichsten Teil des Prozesses. Mehrteilige Formen, komplexe Matrizen und enge Toleranzen erhöhen den Arbeitsaufwand, bergen Ausrichtungsrisiken und verlängern die Bauzeiten. Bei Kleinserien oder stark variierender Geometrie können die Werkzeugkosten schnell den Wert des Bauteils selbst übersteigen.

„Mit SPI kämpfen wir nicht jedes Mal mit der Schalung, wenn ein Entwurf ausdrucksstärker wird. Wir können die Präzision und Wiederholbarkeit beibehalten, die man vom Fertigteilbau erwartet, und gleichzeitig den Weg für wirklich freie Geometrien ebnen – und genau das ist der Schlüssel zur Skalierung dieses Ansatzes“, sagt Nathan Kerkstra.

Mangrove und der SPI-Ansatz

Mangrove ist ein Unternehmen für additive Betonfertigung, das sich auf großformatige, frei geformte Bauteile für Architektur, Landschaftsbau und den Einsatz im Außenraum spezialisiert hat, deren Herstellung mit konventionellen Werkzeugen schwierig oder unwirtschaftlich ist. Das Unternehmen ist weltweit das erste, das das von der Progress Group 3D Concrete Printing entwickelte Betondruckverfahren „Selective Paste Intrusion“ (SPI) in eine eigens dafür konzipierte Produktionsumgebung integriert hat, die auf wiederholbare und skalierbare Ergebnisse ausgelegt ist. SPI funktioniert ähnlich wie ein Pulverbettverfahren. Eine dünne Schicht aus feinem Zuschlagstoff wird über die Fläche verteilt. Ein Druckkopf bringt dann selektiv Zementpaste an den vom digitalen Modell definierten Stellen in das Zuschlagstoffbett ein. Die Paste füllt die Hohlräume um den Zuschlagstoff und bindet ihn im Querschnitt zu einer festen Betonstruktur. Der verbleibende, nicht bedruckte Zuschlagstoff bleibt locker und fungiert als selbsttragendes Stützmaterial, das die Geometrie während des Bauprozesses an Ort und Stelle hält.

Dieser Ansatz bietet zwei entscheidende Vorteile für Architekturbeton: Erstens stützt das umgebende Zuschlagmaterial das Bauteil während des Drucks, und zweitens ermöglicht SPI eine feine Oberflächenauflösung. Die traditionelle formbasierte Fertigung erfordert Entformungsschrägen – leichte Verjüngungen, die es ermöglichen, ein Bauteil aus der Form zu lösen. Negative Entformungsgeometrien, bei denen sich die Form in Entformungsrichtung verbreitert oder verhakt, erzwingen mehrteilige Formen mit Einsätzen und Trennlinien. Jedes zusätzliche Teil erhöht Kosten, Arbeitsaufwand und Risiko. SPI beseitigt diese Einschränkung vollständig.

Vom Druck bis zu serienreifen Bauteilen

Gedruckte Elemente können mit einer Vielzahl von Oberflächen ausgeführt werden, von der natürlichen, feinen Textur der gedruckten Oberfläche bis hin zu zusätzlichen architektonischen Bearbeitungen gemäß den Projektspezifikationen. Anschlussdetails, Toleranzen und Montageschnittstellen werden frühzeitig definiert, um sicherzustellen, dass sich gedruckte Komponenten nahtlos in konventionelle Bauabläufe integrieren lassen. Hier kommt die Erfahrung der Familie Kerkstra entscheidend zum Tragen. Gedruckte Elemente werden nicht als Neuheiten betrachtet, sondern als technisch durchdachte Betonbauteile – geplant, gehandhabt und eingebaut mit derselben Sorgfalt wie herkömmliche Fertigteile. Mit SPI verlagert sich die Komplexität von der physischen Formgebung hin zur digitalen Vorbereitung und kontrollierten Produktion. Sobald ein Entwurf validiert ist, kann die Geometrie angepasst werden, ohne dass neue Formen erforderlich sind. Varianten werden zu einer beherrschbaren Entwurfsentscheidung statt zu einer Herausforderung in der Werkzeugherstellung.

Der 3D-Druck ist das nächste Kapitel für Architekturbeton

Da Architekturbeton immer ausdrucksstärker und individueller wird, liegen die tatsächlichen Kosten zunehmend in der Schalung. Durch die Kombination des SPI-Druckers von Mangrove mit dem über Generationen gewachsenen Fachwissen von Kerkstra Precast erhält die Branche eine leistungsstarke neue Option – eine, die die Disziplin der Fertigteilproduktion respektiert und gleichzeitig neue geometrische Freiheiten eröffnet.

Durch den Einsatz fortschrittlicher Fertigungstechnologien stellt die dritte Generation sicher, dass Beton nicht nur zuverlässig, sondern auch relevant bleibt – fähig, die gestalterischen Ambitionen der Architekten von heute und die Produktionsrealitäten der Projekte von morgen zu erfüllen.