(For English version see below)
Gerade jetzt in der kalten Jahreszeit möchte man es im Haus gern kuschelig warm haben. Das klappt umso besser, je solider die Außenwände gedämmt sind: Die Kälte kommt nicht rein, die Wärme bleibt im Zimmer, und bei guter Isolierung explodieren auch die Heizkosten nicht.
Und das ist nicht nur eine Frage des persönlichen Wohlbefindens. Das deutsche Gebäudeenergiegesetz schreibt Mindeststandards für die Isolierung eines Hauses fest – sowohl für Neu- als auch für Altbauten. So sehen EU-Richtlinien etwa beim Eigentümerwechsel eines Altbaus vor, dass die neuen Eigentümer*innen innerhalb von zwei Jahren gewisse Dämmstandards erfüllen, wofür auch Förderung beantragt werden kann. Der Bedarf an Dämmung ist riesig. Aber mit dem Decken des Bedarfs kommt man in Deutschland nur schleppend voran. In erster Linie fehlt es, wie in anderen Bereichen auch, an Arbeitskräften.
Dämmplatten sollen direkt auf der Baustelle gedruckt werden
Ein Projekt der Technischen Universität Hamburg (TUHH) und des Hamburger Ingenieurdienstleisters TECCON Consulting & Engineering sucht nach Lösungen für den Bedarf, Fassaden einfach und schnell und außerdem noch nachhaltig zu dämmen – mit modernen 3D-Druck-Verfahren. Mit Unterstützung der Hamburgischen Investitions- und Förderbank (IFB Hamburg) haben die beiden Partner 2025 eine Machbarkeitsstudie durchgeführt, deren Ergebnisse vielversprechend sind. Der Antrag für ein dreijähriges Folgeprojekt liegt derzeit bei der IFB Hamburg. Kern des Projekts ist es, moderne und nachhaltige Dämmplatten direkt vor Ort, also auf der Baustelle, mit einem 3D-Drucker herstellen zu können. Deren Handhabung soll so einfach sein, dass sie mit deutlich weniger Arbeitskräften als bisher an der Fassade montiert werden können.
Am Anfang stand das persönliche Projekt einer TECCON-Mitarbeiterin: Sie hatte sich ein Haus gekauft, die Fassade sollte energetisch saniert werden. „Damals“, so Oliver Grunewald, Architekt bei TECCON, „haben wir erstmals die Frage diskutiert: Kann man Dämmung nicht nachhaltig denken? Sie wirklich effizient, ökologisch und kreislauffähig gestalten? Durch die Anwendung neuer, innovativer Verfahren?“ So kam der Ingenieursdienstleister auf das TUHH-Institut für Industrialisierung Smarter Werkstoffe (ISM) zu, um sich diesen Fragen in einer Machbarkeitsstudie zu widmen.
Neue Wege, um Klimaziele zu erreichen
Maximilian Keller, Projektingenieur am ISM und Leiter des Projekts, kommt aus Süddeutschland, wo man von „Häuslebauern“ spricht. „Wir möchten gern dahin kommen, dass der Häuslebauer seine Fassade irgendwann selbst dämmen kann“, sagt er. Doch auch, wenn das noch ein Ideal in fernerer Zukunft ist, sollen neue Verfahren bereits Arbeitskräfte auf der Baustelle einsparen. Maximilian Keller macht eine Beispiel-Rechnung auf: „Sagen wir, man braucht zehn Arbeitskräfte, um ein Haus zu dämmen. Wenn man jetzt dank innovativer Verfahren nur zwei Leute benötigt, können die ursprünglichen zehn in derselben Zeit fünf Häuser isolieren statt nur einem.“ Das sei natürlich nur ein Bild zur Veranschaulichung, so Keller, aber: „Wir brauchen neue Wege, um die Klimaziele zu erreichen.“
Darum arbeiten Maximilian Keller und sein Team an Designs für Dämmelemente, die sich nicht nur unkompliziert an der Fassade anbringen lassen, sondern auch so leicht sind, dass die Menschen auf einer Baustelle sie allein tragen und montieren können. Zu groß dürfen sie auch nicht sein – eben, weil eine einzelne Person damit manövrieren können muss. Zu klein wäre aber genauso kontraproduktiv. „Dann haben Sie zu viele Kanten zwischen den Platten, und jede Kante ist eine Einladung, dass da Wasser eindringt“, erklärt Keller: „Da muss man einfach den optimalen Punkt finden, was die richtige Größe ist.“ Diese Elemente in der genau richtigen Abmessung sollen dann direkt auf der Baustelle mit eigens dafür georderten Geräten im 3D-Druck-Verfahren hergestellt werden. „Dämmen durch Design“, nennt Maximilian Keller das – auch um zu betonen, dass das TUHH-Institut Designs und Prozesse entwickelt, nicht aber die Materialien.
Hanf als Dämmstoff
Die verwendeten Designs beruhen auf sogenannten TPMS-Strukturen. Die haben wenig Volumen, aber eine sehr hohe Oberfläche und dadurch ein geringes Gewicht. Ihre dreidimensionale Struktur wiederholt sich im Innern ständig. Die organischen, kontinuierlichen Kurven verteilen Spannungen gleichmäßig und vermeiden so Schwachstellen, die bei herkömmlichen Gitterstrukturen an den Verbindungspunkten entstehen. Dadurch ist das Material stark belastbar. Und sie schließen große Mengen an Luft ein, was sie zum idealen Dämmstoff macht. Komplexe TPMS-Strukturen lassen sich nur durch Additive Fertigung, also im 3D-Drucker herstellen.
„Manche TPMS-Strukturen schließen auch zwei Räume ein“, so Keller. „Da könnte man den einen Raum mit einem Dämmstoff füllen, zum Beispiel aus Hanf, und im anderen die Luft drin lassen. Hanf hat den doppelten Vorteil, dass seine Fasern die Struktur stärken und er außerdem komplett biologisch abbaubar ist.“
Das Material, mit dem Maximilian Keller und sein Team im Moment die ersten Prototypen ihrer Bauteile drucken, ist recyceltes PLA, ein Biokunststoff, der aus Maisstärke hergestellt wird. PLA ist kompostierbar, aber nur in industriellen Anlagen. „Nicht ideal, aber besser als ein Kunststoff aus Erdöl“, resümiert Keller. Für die Zukunft ist der Einsatz von Geopolymeren statt PLA geplant, eine Art umweltfreundliche Alternative zu Beton: „Das verhält sich im Prinzip wie Keramik, ist hitze- und wasserbeständig.“ Und vor allem kann es aus Schlacken, also Abfallprodukten der Industrie, gewonnen werden. „Da will man hin“, so Keller.
Jede Form ist denkbar
Was die Form angeht, so hat das TUHH-Team Dämmelemente entwickelt, in die sich verschiedene Funktionen einbauen lassen – zum Beispiel ist Platz für Leitungen. „Das kann“, so Keller, „etwa ein Fallrohr für Regenwasser sein, oder auch eine Elektroleitung. Wir haben viele Ideen, was man da alles integrieren kann.“ Auch, wenn im Moment mit geraden Platten gearbeitet wird, die an einer geraden, vertikalen Fassade montiert werden können: Grundsätzlich ist jede Form denkbar.
Der Gedanke, einem Haus seine Dämmung quasi auf den Leib zu schneidern, ist sowohl ökonomisch als auch ökologisch interessant. Werden, wie momentan üblich, Styroporplatten zugeschnitten, entsteht immer Abfall, „da können Sie mit zehn Prozent Verschnitt rechnen, das ist ein riesiger Materialverlust“. Könnte man die Fassade aber genau passend ausdrucken, „hat man im Prinzip keinen Verlust“. Keller vergleicht das Prinzip mit einem guten Schneider: „Der schneidert mir eine Jacke, und die passt mir dann perfekt.“ Die Extrakosten für den guten Schneider, sprich das 3D-Verfahren, gelte es, durch Abfallreduzierung und Recycling wieder auszugleichen. Oder, wie es Maximilian Keller auf den Punkt bringt: Das Ziel ist ein Verfahren, das „einfach, nachhaltig und kreislauffähig“ ist.
English:
Customized façade insulation
There is a huge demand for insulation for residential buildings in Germany. A project at the Technical University of Hamburg is developing simple and sustainable methods—using modern 3D printing.
Especially now in the cold season, people want their homes to be cozy and warm. The better the exterior walls are insulated, the better this works: the cold stays out, the heat stays in, and with good insulation, heating costs don't skyrocket.
And this is not just a question of personal comfort. The German Building Energy Act specifies minimum standards for the insulation of houses – both new and old. For example, EU directives stipulate that when an old building changes hands, the new owners must meet certain insulation standards within two years, for which subsidies can also be applied for. The need for insulation is huge. But progress in meeting this need is slow in Germany. First and foremost, as in other areas, there is a shortage of labor.
Insulation panels to be printed directly on the construction site
A project by the Technical University of Hamburg (TUHH) and the Hamburg-based engineering service provider TECCON Consulting & Engineering is looking for solutions to insulate façades easily, quickly, and sustainably – using modern 3D printing processes. With the support of the Hamburg Investment and Development Bank (IFB Hamburg), the two partners conducted a feasibility study in 2025, the results of which are promising. The application for a three-year follow-up project is currently with IFB Hamburg. The core of the project is to be able to produce modern and sustainable insulation panels directly on site, i.e., at the construction site, using a 3D printer. These panels are designed to be so easy to handle that they can be installed on the facade with significantly less manpower than before.
It all started with a personal project by a TECCON employee: she had bought a house and wanted to renovate the façade to make it more energy efficient. “Back then,” says Oliver Grunewald, architect at TECCON, “we first discussed the question: Can insulation be sustainable? Can it be made truly efficient, ecological, and recyclable? Through the use of new, innovative processes?” This led the engineering service provider to approach the TUHH Institute for Industrialization of Smart Materials (ISM) to address these questions in a feasibility study.
New ways to achieve climate goals
Maximilian Keller, project engineer at ISM and head of the project, comes from southern Germany, where people call house builders “Häuslebauer”. “We would like to get to the point where ,Häuslebauer' can insulate their own façades at some point,” he says. But even if that is still an ideal in the distant future, new processes should already save on labor on the construction site. Maximilian Keller gives an example calculation: “Let's say you need ten workers to insulate a house. If, thanks to innovative methods, you now only need two people, the original ten can insulate five houses in the same time instead of just one.” Of course, this is only an illustration, says Keller, but: “We need new ways to achieve climate targets.”
That's why Maximilian Keller and his team are working on designs for insulation elements that are not only easy to attach to the façade, but also so light that people on a construction site can carry and install them on their own. They can't be too big either – precisely because a single person has to be able to maneuver them. But too small would be just as counterproductive. “Then you have too many edges between the panels, and every edge is an invitation for water to penetrate,” explains Keller: “You simply have to find the optimal point in terms of the right size.” These elements, in exactly the right dimensions, are then to be manufactured directly on the construction site using specially ordered equipment in a 3D printing process. Maximilian Keller calls this “insulation through design” – also to emphasize that the TUHH institute develops designs and processes, but not the materials.
Hemp as insulation material
The designs used are based on so-called TPMS structures. These have a small volume but a very large surface area and are therefore lightweight. Their three-dimensional structure is repeated continuously inside. The organic, continuous curves distribute stress evenly, thus avoiding weak points that occur at the connection points in conventional lattice structures. This makes the material highly resilient. And they enclose large amounts of air, which makes them the ideal insulating material. Complex TPMS structures can only be produced using additive manufacturing, i.e., in a 3D printer.
“Some TPMS structures also enclose two spaces,” says Keller. “You could fill one space with an insulating material, such as hemp, and leave the air in the other. Hemp has the dual advantage that its fibers strengthen the structure and it is also completely biodegradable.”
The material Maximilian Keller and his team are currently using to print the first prototypes of their components is recycled PLA, a bioplastic made from corn starch. PLA is compostable, but only in industrial facilities. “Not ideal, but better than petroleum-based plastic,” Keller sums up. For the future, the team plans to use geopolymers instead of PLA, a kind of environmentally friendly alternative to concrete: “It behaves like ceramic, is heat and water resistant.” And above all, it can be obtained from slag, i.e., industrial waste products. “That's where we want to go,” says Keller.
Any shape is conceivable
In terms of shape, the TUHH team has developed insulation elements into which various functions can be integrated – for example, there is space for pipes. “This could be a downpipe for rainwater, for example, or an electrical cable,” says Keller. We have lots of ideas about what can be integrated." Even though straight panels are currently being used, which can be mounted on a straight, vertical facade, any shape is possible in principle.
The idea of tailoring a building's insulation to its specific requirements is interesting from both an economic and an ecological perspective. When Styrofoam panels are cut to size, as is currently the norm, waste is always produced. “You can expect ten percent waste, which is a huge loss of material.” But if the façade could be printed to fit exactly, “there would be virtually no waste.” Keller compares the principle to a good tailor: “They tailor a jacket for me, and it fits me perfectly.” The extra costs for the good tailor, i.e., the 3D process, need to be offset by waste reduction and recycling. Or, as Maximilian Keller puts it: The goal is a process that is “simple, sustainable, and recyclable.”
