3D-printen wordt snel volwassen

Artikel delen

Met de start van het printen van het 3D Canal House in Amsterdam in 2013 kwam 3D-printen ook in de bouw in een bredere belangstelling te staan. Gaat het in Amsterdam om het printen van kunststof, inmiddels is het zwaartepunt verschoven naar het printen van beton. De eerste geprinte betonnen bruggen zijn al een feit. Eind dit jaar moet in Teuge zelfs het eerste 3D geprinte gebouw van Europa verrijzen.

Tekst: ing. Frank de Groot

Eerder dit jaar werd in de woestijn van Dubai een compleet geprint betonnen gebouw opgeleverd: the R&Drone Laboratory. Dit 14 x 12 meter grote R&D laboratorium staat in bij een nieuw solarpark en is in opdracht van Dubai Electricity and Water Authority (DEWA) gebouwd. Bijzonder is vooral dat het gebouw is geprint door het Nederlandse CyBe. Daartoe werd een grote mobiele 3D-printer (de ‘Cybe RC 3Dp’) naar Dubai verscheept. Vervolgens zijn in een grote tent in 46 uur 27 elementen geprint. Dak, trappen, deuren en sanitaire voorzieningen zijn vervolgens door de hoofdaannemer CONVRGNT aangebracht.

Apis Cor zette in Rusland onlangs in een dag een tiny house neer

“We zullen de opgedane ervaringen gebruiken bij onze volgende uitdaging: het printen van een vergadergebouw in Teuge”, zegt oprichter en eigenaar Berry Hendriks (30). “Bijzonder bij het project in Dubai is dat we eerst technische goedkeuring moesten krijgen voor de constructie, op basis van proefstukken. Er zijn namelijk nog geen NEN-normen en richtlijnen voor 3D geprinte gebouwen. Het Dubai Central Laboratory heeft ook goedkeuring gegeven voor de gebruikte mortel. De overheid in Dubai heeft ambitieuze doelen gesteld: in 2019 moet 2 procent van de gebouwen in Dubai worden geprint en in 2030 al 25 procent!”

Achtergrond
CyBe is in 2013 opgericht door de nog jonge Hendriks. Hij was tot die tijd, net als zijn twee broers, nog werkzaam in het bedrijf van zijn vader: Hendriks Bouw in Oss. “Het viel me al snel op dat het enorm veel tijd kost om een bouwproject te realiseren. Het kost bijna een half jaar om te komen tot het definitief ontwerp en de aanvraag omgevingsvergunning. Die tijd is sterk te verkorten door alle disciplines, zoals architect, constructeur, W- en E-installateur, tegelijkertijd rond de tafel te zetten en het ontwerp in BIM uit te werken. Maar dan wordt vervolgens op de bouwplaats alles met de hand gemaakt.”

Met de grote mobiele 3D-printer ‘Cybe RC #Dp’ zijn in een grote tent in 46 uur 27 elementen geprint.

“De voordelen van betonprinten op de bouwplaats zijn groot. Je hebt minder mensen nodig, waardoor je een antwoord biedt aan het nu al grote tekort aan vakmensen. Daarnaast is er veel minder transport nodig van bouwmaterialen en het totale bouwproces wordt veel korter”, aldus Berry Hendriks. Overtuigt van de mogelijkheden richtte de jonge innovator in 2013 CyBe op, om vanuit dit bedrijf het 3D printen verder te ontwikkelen.

3D printers in Nederland
Hendriks is geen voorstander van eiland-ontwikkeling. CyBe participeert dan ook in het onderzoek naar 3D betonprinten in de bouw van de vakgroep Constructief Ontwerpen van prof. dr. ir. Theo Salet, TU Eindhoven. De vakgroep bouwde anderhalf jaar geleden ook een grote 3D-printer. Op 17 oktober 2017 werd in Gemert de eerste 3D geprinte betonnen fietsbrug opgeleverd over de Peelse Loop. De brug is 8 meter lang (overspanning van 6,5 meter) en 3,5 meter breed. Bijzonder is dat door de kanalen van de verschillende segmenten voorspanstrengen zijn geplaatst, die daarna op spanning zijn gezet.

TU/e heeft samen met FDN Engineering + Construction uit Amsterdam in september,ber 3D geprinte liggers voor ’s werelds eerste autobrug in Groningen succesvol belast.

TU/e heeft daarnaast samen met FDN Engineering + Construction uit Amsterdam in september 3D geprinte liggers voor ’s werelds eerste autobrug in Groningen succesvol belast. Sterker nog, het materiaal bleek twee keer zo sterk dan van tevoren was ingeschat. Nu wordt een testverkeersbrug van tien meter gemaakt. Die brug wordt getest met zware vrachtwagens. Als ook die brug aan de eisen voldoet, wordt de grote brug geprint. Die wordt twintig meter lang en acht meter breed en heeft twee rijstroken.
Een derde 3D betonprinter staat bij prefabbetonfabrikant Bruil. Samen met Studio RAP en Movares zijn al gevelelementen, een abri en kunstvoorwerpen van beton geprint. Ook buiten Nederland wordt ervaring opgedaan. In China worden huizen van meerdere verdiepingen geprint en Apis Cor zette in Rusland onlangs in één dag een tiny house neer, dat verder op traditionele manier werd afgewerkt.

Zeer hoge treksterkte
Niet alleen de 3D betonprinter is van belang, maar ook de toegepaste mortel. De mortel die CyBe gebruikt heeft een circa zeven keer hogere trek- en buigsterkte dan traditioneel beton. Bovendien wordt na 24 uur al uitgehydrateerd, terwijl dit bij traditioneel beton pas na 28 dagen (!) is. “Een hoge aanvangssterkte is nodig, omdat de geprinte lagen anders te veel uitzakken. Een muurelement van 3 bij 4 meter wordt binnen 2,5 uur geprint.”

De samenstelling van dit ‘wonderbeton’ is uiterst geheim. Berry Hendriks wil er weinig over kwijt, want Cybe wil graag de voorsprong in de markt houden. Op het moment van het interview is het ook niet mogelijk de printer te bekijken, omdat het team bezig is met het ontwikkelen en testen van nieuwe technologie. Duidelijk is in ieder geval dat er hier gewerkt wordt aan een doorbraak in de wijze waarop we bouwen. We weten Hendriks nog wel te ontfutselen dat de hoge trek- en buigsterkte onder meer wordt bereikt door de juiste cementkeuze en toeslagstoffen. De maximale korrelgrootte van het grind is 3 tot 5 mm, omdat het anders niet verpompbaar is. Verder worden er geen staal- of kunststof vezels toegevoegd om de sterkte te verhogen.

Waarom dan niet overal dit wonderbeton toepassen? “Deze betonmortel is niet aantrekkelijk voor de traditionele bouw, omdat deze duurder is door de eigenschappen als de grote treksterkte. Wij printen holle wanden met hoge sterkte, waardoor er zes tot zeven keer minder beton nodig is. En je hebt ook alleen een operator op de bouwplaats nodig. Je hebt geen kosten voor het stellen van bekisting, betonstorten en transport. Het hele proces verandert mee.”

De Vergaderfabriek
In het eerste kwartaal 2018 moet het printen van een gebouw van 100 m2 in Teuge beginnen. Het betreft ‘De Vergaderfabriek’; een initiatief van De Slaapfabriek uit Teuge (MKB) en Centre4moods (startup). Het gebouw gaat dienst doen als vergader- en presentatieruimte voor 25 mensen en is het eerste 3D-geprinte gebouw in Europa. Printen van het gebouw moet, in vergelijking met de traditionele bouw, leiden tot 40 procent minder CO₂, 70 procent minder afval en een veel korter bouwproces voor gebouwen met een complexe vorm.

Voorbeeld geprint wandelement voor De Vergaderfabriek.

Het gehele gebouw wordt op de bouwplaats geprint. Naar verwachting duurt het printen slechts tien dagen. De wanden van het ‘blobvormige’ gebouw zijn hol en worden later met isolatie gevuld. De negen wandelementen zijn ongeveer 3 meter hoog en 4 meter breed. De dakconstructie bestaat uit houten spanten. Later worden er grillig gevormde betonnen schaaldelen tegen de gevelelementen en op het dak geplaatst, waardoor de uiteindelijke blobvorm ontstaat. Uiteraard worden de schaaldelen ook allemaal ter plaatse geprint. “De operator plaatst tijdens het printen een soort spouwankers, die de binnen- en buitenschil verbinden. Ook worden er ventilatiegaatjes mee geprint, voor vochtafvoer uit de spouwruimte.”

De Vergaderfabriek in Teuge

Waarom de keuze voor houten spanten? Kan het dak niet volledig meegeprint worden? “Wij willen ervoor zorgen dat het bouwproces zo efficiënt mogelijk verloopt. Je moet niet geforceerd alles willen printen. Soms is het logischer om er bijvoorbeeld kanaalplaatvloeren op te leggen. Hier kiezen we voor houten spanten met schaaldelen. Als je namelijk het dak wil printen, moet je eerst bekisting plaatsen met steigers. Dan ben je toch weer bezig met extra handelingen, mensen en materiaal.”
Door het ontbreken van normen en richtlijnen zijn er voor het gebouw in Teuge ook proef elementen gemaakt, waarop testen zijn uitgevoerd. De gemeente bleek uiteindelijk bereid de proefresultaten als gelijkwaardige oplossing te beschouwen, waardoor naar verwachting in december een omgevingsvergunning wordt verstrekt. “Omdat het een innovatieve bouwmethode betreft is er een intensievere communicatie nodig met Bouw- en Woningtoezicht.”

Toekomst
De vraag rijst of betonprinten zich ook leent voor hoogbouw. “Twee of drie verdiepingen moet binnenkort wel haalbaar zijn. Als je hoger wilt moet je de buig- en treksterkte verder verhogen”, zegt Hendriks. Dus toch wapening toevoegen? “Wapening toevoegen vraagt extra arbeid en ik geloof ook niet in staalvezels. De ligging is niet goed. Die vezels verhogen de ductiliteit (vervormbaarheid, red.) van beton niet. Voorspanwapening, zoals bij de bruggen, is ook interessant, maar maakt de constructie ook erg duur.” Maar hoe dan wel? De CyBe-directeur: “Het gaat niet om het verhogen van de treksterkte van het materiaal. Gezien de hogere complexiteit moeten er nieuwe constructieve principes ontwikkeld worden.”

Een ander punt van aandacht bij hoogbouw is de printer zelf. Die kan vanwege zijn gewicht niet op een verdiepingsvloer worden geplaatst. Dus ook daar zal een oplossing voor gevonden moeten worden. Hendriks besluit: “We moeten alles opnieuw uitvinden. Er zijn geen normen, maar ook geen teken-, ontwerp- en rekenprogramma’s voor 3D geprint beton. En wanneer ga je in de fabriek elementen printen en wanneer op de bouwplaats? Of overkappen we de bouwplaats, zodat we daar ook geconditioneerde omstandigheden hebben? We gaan nog veel stappen maken de komende jaren. Daarbij gaat het ons niet om het 3D printen zelf. Het gaat vooral over conceptdenken met behulp van de inzet van andere tools.”

Gratis BouwTotaal Nieuwsbrief

Actualiteit, rubrieken met praktische informatie, inspiratie en meer: abonneer je gratis op de BouwTotaal nieuwsbrief!

Nieuwsbrief