Im Transferverbund Saxony5 arbeitet das Laserinstitut Hochschule Mittweida bereits seit 2018 zusammen mit der Forschungsgruppe FLEX der HTWK Leipzig daran, die laserbasierte Fertigung in Architektur und Bauwesen zu etablieren. Hieraus entstand schon ganz am Anfang die Inspiration für die Entwicklung eines neuen 3D-Druckverfahrens, welches es ermöglicht, großvolumige Metallbauteile kostengünstig und schnell zu fertigen. Die erste geplante Anwendung: individuelle 3D-gedruckte Verbindungsknoten für Freiformfassaden.
Fokus Forschung: Metall-3D-Druck im Holzbau
Fokus Forschung: Metall-3D-Druck im Holzbau
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Das Laserinstitut Hochschule Mittweida fertigt mit seinem neuen additiven Fertigungsverfahren LPBF-XXL Edelstahl-Verbindungsknoten für eine innovative neue Holzkonstruktion.
LPBF-XXL (engl. laser powder bed fusion – LPBF) ist spätestens seit der Formnext 2025 als Begriff für den großformatigen laserpulverbettbasierten Metall-3D-Druck etabliert. Das Verfahren ist bis zu 20-mal schneller als das klassische selektive Laserschmelzen (SLM) und die eingesetzten groben Partikel kosten nur ca. ein Zehntel des SLM-Pulvers. Aufgrund der rauen Oberfläche ist zwar eine Nachbearbeitung der Anschlussstellen erforderlich, die Gesamtkosten liegen aber dennoch meist deutlich unter den Kosten der Fertigung im klassischen SLM-Verfahren.
Die Anwendungsfelder sind vielfältig. Selbst im Holzbau kommt der Metall-3D-Druck zum Einsatz: Zusammen mit dem t-lab im Fachbereich Architektur der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU), das federführend für die Konstruktion verantwortlich ist, und der Forschungsgruppe FLEX der HTWK Leipzig arbeitet das Laserinstitut Hochschule Mittweida aktuell am Projekt „Pfalzturm“, das durch innovative Konstruktionswerkstoffe und reversible Verbindungselemente besticht. Das visionäre Bauwerk ist ein 41 Meter hoher Aussichtsturm mit Wendeltreppe, vier Podestebenen und einer spektakulären, frei bewitterten Gitterschale aus Holz. Seine exponierte Lage würde einzigartige Ausblicke über die Pfalz ermöglichen.
Um den Entwurf bereits jetzt erlebbar zu machen, wurde für die Ausstellung des 15e Forum International Bois Construction (25. - 27.02.2026), dem Internationalen Holzbau-Forum im prestigeträchtigen Grand Palais in Paris, ein 3,5 Meter hoher, begehbarer Turmausschnitt im Maßstab 1:2 gefertigt. Dieser Ausschnitt zeigt die Turmspitze, also den raumprägendsten Teil des Bauwerks, und vermittelt eindrucksvoll das räumliche Erlebnis, als befände man sich bereits im realen Turm.
Das geplante Bauwerk beinhaltet zwei bautechnische Innovationen: Zum einen wird erstmals weltweit für ein solches Tragwerk acetyliertes Buchenfurnierschichtholz eingesetzt. Der vom Forschungsbereich t-lab mit Industrie-Partnern neu entwickelte Holzwerkstoff kombiniert die Festigkeit heimischer Buche mit einer außergewöhnlichen Dauerhaftigkeit im Außenbereich. Durch die Acetylierung wird das Holz resistent gegen holzzerstörende Pilze, bleibt formstabil und behält seine Festigkeit selbst bei Feuchtigkeitsschwankungen und das ganz ohne giftige Zusätze und vollständig recycelbar. Damit eröffnet sich für den Holzbau im direkt bewitterten Außenbereich eine völlig neue Rohstoffquelle, die bisher Stahl oder Beton vorbehaltene Anwendungen wie Brücken, Türme oder andere anspruchsvolle Tragwerke ermöglicht.
Die zweite bautechnische Innovation ist der Einsatz von 3D-gedruckten Edelstahlknoten, die die doppeltgekrümmte, rautenförmige Holzgitterschale in einer reversiblen Verbindung zusammenfügen. Das leistet einen wesentlichen Beitrag zu zirkulärem Bauen, da Rückbau und Wiederverwendung der Bauteile einfach realisierbar sind. Für den Druck der Edelstahlknoten kommt das am Laserinstitut Hochschule Mittweida entwickelte LPBF-XXL-Verfahren zum Einsatz. Das generative Knotendesign, welches die Form der Verbindungselemente aus der Geometrie der angeschlossenen Stäbe entwickelt und eine Füllstruktur aus „Endlos-Flächen“ generiert und damit die Kontinuität im Druckprozess ermöglicht, wurde von der Forschungsgruppe FLEX der HTWK Leipzig entwickelt.
Text: Michael Pfeifer
Bilder: FLEX @ HTWK Leipzig (Bild 1), t-lab @ TU Kaiserslautern (Bild 2) und Laserinstitut Hochschule Mittweida (Bilder 3 bis 6)