ETH Zürich druckt künstliche Steine in 3D, um den Verfall historischer Gebäude zu untersuchen
Die Forschenden der ETH Zürich werden Binder Jetting einsetzen, um Gesteinsproben mit kontrollierten Defekten herzustellen und im Labor die Mechanismen nachzubilden, die den Verfall der Sandsteine in Schweizer Denkmälern verursachen.
Zwei Forschungsgruppen der ETH Zürich haben einen ETH Collaborative Grant 2026 für ein Projekt gewonnen, das den 3D-Druck auf die Erforschung der Baudenkmalpflege anwendet. Die Ankündigung erfolgte am 8. Oktober 2026.
Das Projekt mit dem Titel “Spatially graded 3D printing to elucidate contour scaling of building stones” kombiniert additive Fertigung und Materialwissenschaft. Ziel ist es zu verstehen, warum die Steine historischer Gebäude verfallen und nach und nach Teile ihrer Oberfläche verlieren.
Das Problem der Schalenbildung
Das Phänomen der Schalenbildung verursacht das Ablösen ganzer Teile der äußeren Gesteinsschicht. Es tritt besonders häufig bei den Molasse-Sandsteinen auf, die im Schweizer Mittelland verwendet werden.
Die Schalenbildung äußert sich in der Bildung innerer Risse parallel zur freiliegenden Oberfläche. Diese Risse wachsen, bis sie das Ablösen von Oberflächenschichten verursachen.
Zahlreiche Schweizer Baudenkmäler sind aus Molasse-Sandsteinen errichtet. Diese Sedimentgesteine haben je nach Herkunft unterschiedliche Zusammensetzungen, was es schwierig macht, ihr Verhalten im Laufe der Zeit vorherzusagen.
- Technologie: Binder Jetting zur Herstellung künstlicher Steine mit kontrollierten Defekten
- Anwendung: beschleunigte Untersuchung der Verschlechterung unter Laborbedingungen
- Perspektive: Entwicklung kompatibler Ersatzelemente für die Restaurierung
Die interdisziplinäre Zusammenarbeit
Zwei Professuren der ETH vereinen komplementäre Kompetenzen: physikalische Chemie der Baumaterialien und digitale Technologien für die Architektur.
Das Programm umfasst die Professur für Physical Chemistry of Building Materials, geleitet von Robert J. Flatt am Departement für Bau-, Umwelt- und Geomatikingenieurwesen. Die zweite Gruppe ist die Professur für Digital Building Technologies, geleitet von Benjamin Dillenburger am Departement für Architektur.
Die Druckplattform basiert auf einem Großformatsystem, das von Pietro Odaglia, einem Forscher aus Dillenburgers Gruppe, entwickelt wurde.
Binder Jetting für experimentelle Proben
Die additive Fertigung ermöglicht es, Defekte und Eigenschaftsänderungen an präzisen Positionen einzubringen, die mit Natursteinen nicht kontrolliert werden können.
Die erste Anwendung betrifft nicht die Konstruktion von 3D-gedruckten Fassaden oder Denkmälern. Die Forscher werden experimentelle Proben mit kontrollierten Zusammensetzungen, Porositäten und Schwachstellen herstellen.
Diese Proben werden beschleunigten Umweltbedingungen ausgesetzt. Die präzise Kontrolle der inneren Eigenschaften wird es ermöglichen, die für die Verschlechterung verantwortlichen Mechanismen zu isolieren.
Beim Binder-Jetting werden Pulverschichten abgeschieden, die selektiv durch ein flüssiges Bindemittel gebunden werden. Die Technik ermöglicht es, Zusammensetzung und Porosität während des Drucks zu variieren und so Materialien mit räumlich gradierten Eigenschaften zu erzeugen.
Von der Forschung zur Restaurierung
Die zweite Projektrichtung sieht die Entwicklung von 3D-gedruckten Ersatzelementen vor, die darauf ausgelegt sind, mit den Originalsteinen kompatibel zu sein.
Die Ersatzelemente müssen mechanische und chemische Eigenschaften aufweisen, die mit den historischen Sandsteinen kompatibel sind. Die Kompatibilität ist wesentlich, um zu vermeiden, dass die neuen Steine den Verfall der Originalsteine beschleunigen.
Der 3D-Druck bietet die Möglichkeit, nicht nur die Zusammensetzung, sondern auch die innere poröse Struktur nachzubilden. Dieses Maß an Kontrolle ist mit traditionellen Techniken der Steinbearbeitung unmöglich.
Perspektiven für die Erhaltung
Das Projekt stellt einen innovativen Ansatz für die Erhaltung des architektonischen Erbes dar. Die Möglichkeit, den Verfall unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen, wird das Verständnis der beteiligten Mechanismen beschleunigen.
Die Ergebnisse könnten nicht nur auf Schweizer Sandsteine, sondern auch auf andere in historischen Gebäuden verwendete Gesteinsmaterialien anwendbar sein. Die Methodik, die auf 3D-gedruckten Proben mit kontrollierten Defekten basiert, ist auf verschiedene Gesteinsarten übertragbar.
Die Kombination aus additiver Fertigung und Konservierungswissenschaft eröffnet neue Möglichkeiten für eine auf experimentellen Belegen basierende Restaurierung. Der ETH Collaborative Grant 2026 finanziert diese interdisziplinäre Forschungsrichtung.
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Fragen & Antworten
Welche 3D-Drucktechnologie verwendet das Projekt der ETH Zürich?
Das Projekt basiert auf dem Binder Jetting, einer additiven Fertigungstechnologie, die es ermöglicht, Steinproben mit kontrollierten Zusammensetzungen, Porositäten und Schwachstellen herzustellen. Dadurch können im Labor Defekte reproduziert werden, die bei natürlichen Steinen schwer kontrollierbar sind.
Was untersucht das Projekt zum Contour Scaling von Bausteinen?
Das Projekt untersucht das Contour Scaling, ein Phänomen, das innere Risse parallel zur Oberfläche und die Ablösung äußerer Gesteinsschichten verursacht. Ziel ist es, die Verwitterungsmechanismen zu verstehen, die insbesondere die Molassesandsteine in historischen Schweizer Gebäuden betreffen.
Welche Forschungsgruppen der ETH Zürich sind am Projekt beteiligt?
Es sind zwei Professuren beteiligt: die Physical Chemistry of Building Materials unter der Leitung von Robert J. Flatt im Departement Bau, Umwelt und Geomatik sowie die Digital Building Technologies unter der Leitung von Benjamin Dillenburger im Departement Architektur.
Sieht das Projekt vor, ganze Monumente oder Fassaden in 3D zu drucken?
Nein, die erste Anwendung betrifft nicht den Bau von 3D-gedruckten Fassaden oder Monumenten. Die Forschenden werden experimentelle Proben für Tests herstellen, mit dem Ziel, den Verfall zu untersuchen und perspektivisch kompatible Ersatzelemente für die Restaurierung zu entwickeln.
Von welchem System stammt die im Projekt verwendete Druckplattform?
Die Druckplattform stammt von einem Großformatsystem, das von Pietro Odaglia, einem Forscher der Gruppe von Benjamin Dillenburger, entwickelt wurde. Das Projekt kombiniert somit additive Fertigung und Materialwissenschaft für die Untersuchung der architektonischen Konservierung.
