Konkreet, 3D printen met kwaliteitsbeton

Een 3D-geprint huis. Toekomstmuziek? Als het aan bouwend Nederland ligt niet. Maar dan moet er wel geprint kunnen worden met beton en zo ver is het nog niet. Met dit project willen een groep ondernemende bedrijven uit de bouwketen het 3D-printen met beton in een versnelling brengen. Uit eerder onderzoek zijn vier belangrijke knelpunten benoemd, die we in dit samenwerkingsproject verder onderzoeken.
• De snelheid waarmee beton normaal gesproken uithardt, beperkt de snelheid waarmee betonproducten gelaagd kunnen worden opgebouwd.
• De aanmaak van grondstof vindt traditioneel batch-gewijs plaats, waardoor materiaaleigenschappen (zoals vloeigedrag) in de verwerkingsfase niet consistent en lastig te sturen zijn.
• De resulterende mechanische eigenschappen van 3D geprinte betonproducten zijn dermate onbeheerst, dat constructieve aspecten (min of meer gegarandeerde sterkte-eigenschappen) niet betrouwbaar voorspeld of gegarandeerd kunnen worden.
• Wapening en ondersteuningen (bijvoorbeeld met ‘support’ materiaal) zijn nog niet goed opgelost.
Dit project rekent af met deze beperkingen en zet de deuren open om daadwerkelijk snel en reproduceerbaar betonconstructies te printen met grote vormvrijheid. Daardoor kunnen bedrijven creatiever construeren en kan materiaal worden bespaard.
In dit project wordt intensief samengewerkt met mkb ondernemingen van meerdere ketenschakels in de bouw. Daarmee wordt praktijkkennis verweven in dit project, en zal dit tevens een voedingsbodem zijn voor doorwerking in de praktijk na afronding van dit project.

Eindrapportage

Door Saxion Hogeschool Enschede is samen met verschillende partners (Routmaat groep, Cugla BV, Ter Steege Bouw, Pioneering, Booosting, Plegt-Vos, TWW, Twee “R” Recycling Groep BV, Dura Vermeer, Sulteq, IAA Architecten en DWVH Architecten) in het kader van het RAAK-MKB project Konkreet een 3D betonprinter ontwikkeld en zijn interessante toepassingen bekeken.

De 3D betonprinter is helemaal “van de grond af” ontwikkeld. De onderzoeken gingen daarbij onder andere over:
- receptuur van het beton
- aansturing/controle van de printer
- ontwerp van de printvorm (print pad)
- opschaling
- wapening
- mengen bij de printkop
- ondersnijdingen
De volgende toepassingscases zijn uitgewerkt:
- Groene Facade: een omheining voor een binnentuin van ee zorgcomplx.
- Green Dome”: een composteerunit die geplaatst gaat worden aan het Flow of Innovation en Enschede.
- Visladder: een vispassage voor in beken.
Kennis op het gebied van parametrisch ontwerpen bleek hierbij onontbeerlijk.

Gebleken is dat beton een lastig materiaal is om mee te printen. Dit komt door de tegenstrijdige eisen van het materiaal waarbij het enerzijds vloeibaar moet zijn om te verpompen en vormvast op moment van plaatsing. Beton kan hier moeilijker aan voldoen dan andere materialen doordat beton chemisch uithard i.p.v. bevriest door faseverandering.

In het project is duidelijk geworden dat er voor 3D betonprinten niet alleen op technisch gebied nog een groot aantal obstakels zijn, maar dat vooral de beperkte kijk op toepassingen elders (het printen van hele huizen) een echte implementatie van de techniek met bijbehorende economische meerwaarde in de weg staat. Het “hele huizen” printen is nog lang niet aan de orde en duidelijk is dat de techniek nog een lange weg heeft te gaan. Maar belangrijker is nog dat de techniek met de juiste toepassing wel heel waardevol kan zijn zoals blijkt uit de (niet bouw gerelateerde) cases.