Tradition trifft Technik: So entwickelt sich der Holzbau von morgen
Von der Tradition in die Moderne: Wie Holzbau heute mit 3D-Druck, transparentem Holz und Robotern neu gedacht wird.
War der Holzbau früher reine Zimmermannskunst, geht heute bereits viel mit Hilfe von Automatisierung. Künstliche Intelligenz wird den Fortschritt weiter vorantreiben.
Foto: PantherMedia / АnnaBolotnikova
Holz ist einer der ältesten Baustoffe der Welt. Heute jedoch steht der Holzbau für moderne Architektur, digitale Prozesse und klimaschonendes Bauen. Immer mehr Unternehmen kombinieren bewährte Techniken mit neuen Materialien, automatisierter Fertigung und digitalen Planungsmethoden. Das Ziel: schneller, effizienter und nachhaltiger zu bauen. Wir schauen uns die aktuellen Entwicklungen im Holzbau näher an.
Holzhybridbauweise: Kombination aus Holz und Beton
Die sogenannte Holzhybridbauweise nutzt gezielt die jeweiligen Materialeigenschaften von Holz und Beton, um eine optimale statische und wirtschaftliche Lösung zu erzielen. Holz bringt mit seinem geringen Eigengewicht und seiner hohen Zugfestigkeit ideale Voraussetzungen für leichte und flexible Tragwerke mit. Beton hingegen punktet mit hoher Druckfestigkeit, guter Schallschutzwirkung und erhöhter Feuerwiderstandsdauer.
Typisch für diese Bauweise ist die Holz-Beton-Verbunddecke: Dabei wird eine Tragkonstruktion aus Brettschichtholz oder Massivholz mit einer dünnen, bewehrten Betonschicht kombiniert. Eine schubfeste Verbindung zwischen den beiden Materialien wird meist durch spezielle Schrauben oder Verbundanker sichergestellt. Diese Konstruktion vereint die Vorteile beider Baustoffe: Der Beton übernimmt die Druckkräfte im oberen Bereich, das Holz die Zugkräfte im unteren Bereich der Decke.
Vorfertigung ermöglicht zeitsparende Montage
Dadurch entstehen besonders tragfähige, steife und dennoch leichte Deckensysteme, die große Spannweiten ohne Unterstützung überbrücken können. Gleichzeitig ermöglicht die Vorfertigung der Bauteile eine zeitsparende Montage auf der Baustelle und reduziert die Baufeuchte.
Diese hybride Bauweise eignet sich insbesondere für den mehrgeschossigen Wohnungsbau, Bürogebäude oder Schulprojekte. Beispiele wie das siebengeschossige H7 in Münster oder der Timber Peak in Mainz – das erste Holz-Hybrid-Hochhaus der Stadt – zeigen, dass solche Konzepte bereits erfolgreich umgesetzt wurden. Trotz der geringen Marktdurchdringung (nur rund 4 % der Mehrfamilienhäuser in Deutschland werden in Holzbauweise errichtet), gewinnt der Ansatz an Bedeutung. Laut aktuellen Umfragen können sich knapp 60 % der Planerinnen und Planer vorstellen, zukünftig verstärkt Holzhybridprojekte umzusetzen.
Transparentes Holz: Fenster ohne Glas?
Der Gedanke, eine Fensterscheibe aus Holz zu fertigen, wirkt auf den ersten Blick widersprüchlich. Doch Forschende weltweit arbeiten daran, genau das umzusetzen: ein transparentes Holzmaterial, das sich wie Glas einsetzen lässt, aber zugleich die Vorteile eines Naturwerkstoffs bietet.
Im Zentrum der Entwicklung steht das Lignin – ein Polymer, das rund 20 bis 30 % der Holzmasse ausmacht und verantwortlich ist für dessen charakteristische Braunfärbung und Lichtundurchlässigkeit. Entfernt man das Lignin chemisch oder ersetzt es durch eine lichtdurchlässige Substanz, entstehen feine Hohlräume in der Zellstruktur. Diese werden im Anschluss mit transparentem Polymerharz – meist einem Kunststoff mit einem vergleichbaren Brechungsindex wie Zellulose – aufgefüllt. Dadurch wird die Lichtstreuung minimiert, und das Ergebnis ist ein durchscheinendes, aber dennoch strukturell belastbares Material.
Erste Prototypen zeigen: Transparentes Holz kann bis zu 90 % des sichtbaren Lichts durchlassen, bietet aber im Gegensatz zu Glas eine deutlich höhere Bruchsicherheit und ein geringeres Gewicht. Hinzu kommt ein sehr guter Wärmedämmwert, der transparentes Holz besonders für energieeffiziente Fassadenelemente interessant macht. Außerdem bleibt die natürliche Holzmaserung erhalten, was gestalterisch reizvolle Kombinationen zwischen Technik und Natur erlaubt.
Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig: von Fenstern über Lichtbauelemente bis hin zu Verkleidungen oder sogar solaraktiven Bauteilen. In Verbindung mit Photovoltaikzellen könnte transparentes Holz als schützende und lichtdurchlässige Abdeckung fungieren, etwa bei gebäudeintegrierten Solarmodulen.
3D-Druck mit Holz: Formfreiheit auf Knopfdruck
Der 3D-Druck hat sich in vielen Industrien als effizientes Fertigungsverfahren etabliert. Auch im Holzbau gibt es erste vielversprechende Ansätze. Hierbei wird sogenanntes Holzfilament verwendet – ein Verbundwerkstoff aus thermoplastischem Kunststoff (z. B. PLA) und einem Anteil von Holzmehl oder feinen Holzfasern. Der Holzanteil variiert je nach Produkt und kann bis zu 40 % betragen.
Diese Filamente lassen sich mit handelsüblichen 3D-Druckern verarbeiten und bringen eine natürliche Oberflächenstruktur mit, die optisch und haptisch an echtes Holz erinnert. In der Praxis erzeugen sie Bauteile mit leichtem Holzduft und warmem Erscheinungsbild, die sich gut für dekorative Elemente, Designobjekte oder Innenausbauten eignen.
Der große Vorteil des Verfahrens liegt in seiner gestalterischen Freiheit: Komplexe Geometrien, organische Formen und funktionale Details lassen sich direkt aus digitalen Modellen umsetzen. Dadurch entfallen zeitaufwendige Formenbauprozesse oder kostenintensive Fräsarbeiten. Da nur so viel Material verwendet wird, wie tatsächlich benötigt wird, entsteht kaum Verschnitt.
Einsatzmöglichkeiten finden sich heute vor allem im Modellbau, bei Architekturstudien, im Möbel- und Innenausbau sowie bei individuellen Beschlägen oder Verbindungselementen. Auch für Prototypen oder Sonderbauteile in kleinen Stückzahlen ist die Technologie bereits wirtschaftlich nutzbar.
Für den konstruktiven Holzbau bisher nicht geeignet
Für den konstruktiven Holzbau hingegen ist der 3D-Druck mit Holzfilamenten bislang nicht geeignet. Die Tragfähigkeit der gedruckten Teile reicht derzeit nicht aus, um statisch relevante Elemente zu fertigen. Zudem ist die Witterungsbeständigkeit begrenzt, da die thermoplastischen Bestandteile unter UV-Strahlung und Feuchtigkeit leiden.
Doch die Forschung arbeitet an neuen Materialformulierungen, die diese Grenzen verschieben sollen. Ziel ist es, auch tragende oder außenliegende Bauteile druckbar zu machen. Versuche mit verstärkten Bio-Kompositen oder Hybridsystemen, bei denen die tragende Struktur durch Bewehrungselemente ergänzt wird, zeigen erste Fortschritte.
Ein weiterer Zukunftstrend ist der Großformatdruck mit holzartigen Materialien. Dabei kommen zum Teil robotergestützte Drucksysteme zum Einsatz, die Bauteile von mehreren Metern Länge herstellen können. In Kombination mit generativem Design könnte der 3D-Druck langfristig völlig neue Formen der Holzarchitektur ermöglichen.
Holzschaum: Nachhaltiger Dämmstoff
Der Wunsch nach nachhaltigen Alternativen zu konventionellen Dämmstoffen wird im Bauwesen immer drängender. Klassische Schaumstoffe wie Polystyrol (Styropor) oder Polyurethan basieren auf fossilen Rohstoffen, sind schwer zu recyceln und stehen zunehmend in der Kritik. Eine umweltfreundliche Lösung bietet hier der Holzschaum – ein neuer Werkstoff, der ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen besteht und sich vielseitig einsetzen lässt.
Der Holzschaum wird aus feinen Holzpartikeln gewonnen, die beispielsweise aus Restholz von Fichte oder Buche stammen können. In einem mehrstufigen Verfahren werden diese Partikel mit Wasser zu einer Suspension verarbeitet und unter Zugabe von Gas aufgeschäumt. Die Härtung erfolgt ohne synthetische Bindemittel, allein durch Trocknung und thermische Aushärtung. So entsteht ein offenzelliger, leichter und zugleich mechanisch stabiler Schaum.
Seine Eigenschaften machen ihn besonders für den Einsatz als Dämmstoff interessant: Holzschaum besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit, ist diffusionsoffen und bietet gute Schalldämmwerte. Gleichzeitig ist er druckfest genug, um auch bei Belastungen – etwa unter Estrichen oder Fassadenverkleidungen – eingesetzt zu werden. Anders als klassische Holzfaserdämmstoffe ist Holzschaum formstabil und zeigt eine hohe Dimensionsstabilität, auch unter wechselnden Feuchtebedingungen.
Das Fraunhofer-Institut für Holzforschung (WKI) in Braunschweig hat mit dem Produkt „Lignew“ bereits einen seriennahen Holzschaum entwickelt, der 2026 in industrieller Produktion starten soll. In Zusammenarbeit mit Industriepartnern wurden Verfahren zur Skalierung und Qualitätssicherung erarbeitet. Dabei legt das WKI besonderen Wert auf die Verwertung von Altholz oder Reststoffströmen, um die Ressourceneffizienz weiter zu steigern.
Augmented Reality: Digitales Bauen mit Tablet und Brille
Augmented Reality (AR) beschreibt die Erweiterung der realen Welt durch digitale Informationen, die in Echtzeit eingeblendet werden. Diese Inhalte – zum Beispiel 3D-Modelle, Hinweise oder Markierungen – lassen sich über mobile Endgeräte wie Tablets, Smartphones oder spezialisierte AR-Brillen visualisieren. Im Holzbau bietet AR damit ein praktisches Werkzeug, um die komplexe Planung direkt mit der Ausführung vor Ort zu verknüpfen.
Konkret bedeutet das: Monteurinnen und Monteure können mit einem Blick durch die AR-Brille die genaue Position von Bauteilen, Leitungsverläufen oder Anschlüssen sehen, ohne vorher lange Pläne studieren zu müssen. Auch Maße und Passgenauigkeit lassen sich direkt am Einbauort überprüfen. Die AR-Technologie überlagert dabei das reale Bild mit dem digitalen Planungsmodell, sodass etwa Wand- oder Deckenelemente millimetergenau eingebaut werden können.
Diese Visualisierungsmöglichkeit erleichtert nicht nur die Montage, sondern verbessert auch die Kommunikation zwischen Baustelle und Planungsteam. Unklarheiten können sofort erkannt und gelöst werden, Änderungen lassen sich schnell in das Modell einpflegen und kontrollieren. Auch die Dokumentation von Arbeitsfortschritt und Qualität wird durch AR-Anwendungen vereinfacht, etwa durch integrierte Fotofunktionen oder digitale Checklisten.
Erste Holzbaubetriebe setzen AR bereits in Pilotprojekten ein. Typische Anwendungsbereiche sind die Vorfertigung von Wand- und Dachelementen, die Elementmontage auf der Baustelle oder die Einmessung von Leitungssystemen. Bei aufwendigen Konstruktionen oder hoher Vorfertigungstiefe können sich so Zeit- und Kostenvorteile ergeben.
Künstliche Intelligenz: Von Planung bis Produktion
Künstliche Intelligenz (KI) umfasst eine Vielzahl von Technologien, die darauf ausgelegt sind, aus Daten zu lernen, Muster zu erkennen und Entscheidungen zu treffen. Im Holzbau ist ihr Einsatz aktuell noch nicht flächendeckend, gewinnt aber zunehmend an Bedeutung. Besonders dort, wo Prozesse datenbasiert optimierbar sind oder automatisierte Entscheidungen Vorteile bringen, zeigen sich konkrete Anwendungsfelder.
In der Planungsphase kann KI genutzt werden, um automatisierte Varianten von Grundrissen oder Tragwerkskonzepten zu generieren. Solche Systeme basieren auf Machine Learning, also der Analyse und dem Erkennen von Mustern aus bereits realisierten Projekten. Damit lassen sich etwa statisch sinnvolle Entwürfe oder wirtschaftlichere Materialanordnungen vorschlagen. In Verbindung mit BIM-Modellen entstehen auf diese Weise dynamische Planungshilfen, die sich kontinuierlich verbessern.
KI hilft bei der Materialoptimierung
Ein weiteres Einsatzfeld ist die Materialoptimierung. KI-Systeme können anhand geometrischer und struktureller Eigenschaften die optimale Nutzung von Holzrohlingen oder Halbzeugen berechnen. Dabei werden Verschnitt minimiert, tragende Eigenschaften maximiert und Reststücke systematisch erfasst.
Das Projekt „ReSidual“ am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) geht hier einen Schritt weiter: Eine KI identifiziert verwertbare Produktionsreste und kombiniert diese – teils mit robotischer Hilfe – zu neuen, individuellen Bauteilen. Das Ergebnis sind Tragwerke mit geringem Materialeinsatz und hohem gestalterischem Potenzial.
Qualitätskontrolle und Alterungsvorhersage
Auch in der Qualitätskontrolle kommt KI zum Einsatz. So entwickelt das Fraunhofer-Institut aktuell ein hybrides Bildverarbeitungssystem, das Produktionsfehler auf Holzoberflächen erkennt. Dabei werden klassische Bildauswertungsverfahren mit Deep-Learning-Modellen kombiniert, die selbst feinste Abweichungen detektieren können – etwa Kratzer, Leimüberschüsse oder Farbveränderungen. Ziel ist eine automatisierte Qualitätssicherung, die reproduzierbar und zeiteffizient arbeitet.
Ein drittes Beispiel ist das Forschungsprojekt WAVE (Wood Aging Visualization and Estimation) an der Hochschule für nachhaltige Entwicklung in Eberswalde, in dem KI-Modelle zur Vorhersage von Alterungsprozessen entwickelt werden. Ausgehend von Messdaten zu Feuchte, Farbe und Struktur simuliert das System den optischen Veränderungsprozess von Hölzern im Zeitverlauf. Damit lassen sich – beispielsweise in BIM-Umgebungen – Alterungserscheinungen vorab visualisieren und bei der Auswahl von Hölzern und Beschichtungen berücksichtigen.
Nicht zuletzt bietet die Kombination aus KI und Robotik spannende Perspektiven für die Fertigung. Intelligente Algorithmen analysieren Produktionsdaten in Echtzeit, steuern CNC-Maschinen adaptiv und verbessern die Bearbeitungsstrategie bei Folgeaufträgen automatisch. Durch die kontinuierliche Datenrückmeldung entstehen lernfähige Systeme, die sich selbst optimieren. Auch bei der Mensch-Maschine-Kollaboration könnten KI-basierte Assistenzsysteme helfen, etwa durch Bewegungserkennung oder Sicherheitsunterstützung am Arbeitsplatz.
Robotik im Holzbau: Helfende Arme für Präzision und Tempo
Robotik hält zunehmend Einzug in Zimmereien und Holzbauwerke. Roboter werden eingesetzt, um Säge-, Fräs-, Bohr- und Schraubarbeiten durchzuführen oder schwere Holzelemente zu positionieren. Dabei übernehmen sie vor allem monotone, kraftintensive oder gefährliche Aufgaben – und entlasten so die Mitarbeitenden.
Ein besonderer Fokus liegt auf sogenannten kollaborativen Robotern (Cobots). Diese Systeme sind darauf ausgelegt, direkt mit Menschen zusammenzuarbeiten. Sie verfügen über Sensorik, die Bewegungen erkennt und Kollisionen vermeidet. Cobots eignen sich besonders für kleinere Betriebe, da sie platzsparend, flexibel einsetzbar und vergleichsweise kostengünstig sind.
An der ETH Zürich entwickeln Forschende digitale Bauprozesse, bei denen Roboter eigenständig komplexe Holzstrukturen aus Platten und Stäben montieren. Die Maschinen erhalten die notwendigen Daten direkt aus dem digitalen Modell. Säge-, Bohr- und Fräsprozesse erfolgen automatisiert. Die eigens programmierten Algorithmen steuern die Bewegungspfade der Roboter so, dass auch bei mehreren gleichzeitig arbeitenden Einheiten keine Kollisionen auftreten. Ziel ist eine nahezu vollautomatische Montage mit nur noch geringem menschlichen Eingriff.
Auch die Hochschule Biberach arbeitet an einem Robotersystem für die Bauwirtschaft. Der dort entwickelte Roboter basiert auf einem aus der Elektronikindustrie stammenden Industrieroboterarm. Er kann bereits Holzträger aufnehmen, fräsen, schrauben und in Position bringen. Im Fokus der Forschung steht die Anpassung der Toleranzbereiche – während in der Industrie im Submillimeterbereich gearbeitet wird, sind im Bauwesen Zentimetertoleranzen üblich. Das Ziel ist eine praxistaugliche Zusammenarbeit von Mensch und Maschine im rauen Baustellenumfeld.
Arbeitsprozesse durch Automatisierung beschleunigen
Die Vorteile des Robotereinsatzes liegen auf der Hand: Durch Automatisierung lassen sich Arbeitsprozesse beschleunigen, Fehler reduzieren und Engpässe durch Fachkräftemangel kompensieren. Auch ergonomisch belastende Arbeiten können reduziert werden, was die Arbeitsbedingungen langfristig verbessert.
Ein Beispiel aus der Praxis ist die Zimmerei Leidorf in Österreich. Das Unternehmen betreibt ein selbst entwickeltes Robotersystem, das großformatige Werkstücke aus BauBuche oder Kerto verarbeitet. Die Roboteranlage ist in der Lage, Werkzeuge selbständig zu wechseln, komplexe Geometrien zu bearbeiten und sogar Gussformen für den Betonbau herzustellen. Damit konnte der Betrieb seine Kapazitäten erheblich erweitern und neue Kundengruppen erschließen.
Langfristig wird die Rolle der Robotik im Holzbau weiter wachsen. Kombiniert mit KI, Sensortechnik und digitalen Planungsdaten könnten Roboter zukünftig weitgehend autonom arbeiten – sei es bei der Vorfertigung in der Halle oder bei Montageprozessen auf der Baustelle.
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