Parametrisch metselen met robotarm
Parametrisch ontwerpen is een proces waarbij op basis van data of verbanden tussen onderdelen een ontwerp kan worden gegenereerd. Voor de bouw biedt dit ongekende designmogelijkheden. Door de overname in mei 2023 van Stack3d door Vandersanden, kan deze Belgische baksteenfabrikant nu uit een 3D model door een robot verbanden en patronen laten metselen, die eerder voor onmogelijk werden gehouden.
Tekst: ing. Frank de Groot
Beeld: Vandersanden
De startup Stack3d werd vier jaar geleden opgericht door Marcel Ruben, samen met twee compagnons. Hij pioniert al meer dan dertig jaar met het verlijmen van metselwerk en was voor eerdere werkgevers en metselwerk kenniscentrum MADE Center betrokken bij het opstellen van normen en bijbehorende test- en certificeringsprogramma’s. “Wij zagen mogelijkheden in de combinatie van verlijmen en gerobotiseerd metselen. We wilden alleen niet de charme van metselwerk wegnemen door de stenen eerst in een digitaal keurslijf te persen. Dat vonden we een groot minpunt van al bestaande metselrobots. De ene robot vraagt nauwkeurig vlak geslepen en gezaagde stenen, terwijl een andere alleen recht-toe-recht-aan metselwerk kan maken en ook intensieve begeleiding nodig heeft van mensen op de steiger.”
Ruben en zijn partners zagen hele andere mogelijkheden: parametrisch metselen. Met een robot direct aangestuurd uit het 3D model wilden ze een nieuwe rijke detaillering mogelijk maken. Daarom besloten ze hun eigen pad te bewandelen en begonnen de start-up.
De startup Stack3d – in mei 2023 overgenomen door Vandersanden – werd vier jaar geleden opgericht door Marcel Ruben, samen met twee compagnons. “Wij zagen mogelijkheden in de combinatie van verlijmen en gerobotiseerd metselen.”
Innovatie lijmmortel
Cruciaal aan de technologie is de lijmmortel die Stack3d zelf ontwikkelde. Die vangt de maatverschillen en imperfecties van de stenen op. Net als gewone mortel doet bij handmatig metselwerk. De robot voegt daar feilloze positionering aan toe. Kobe Langenaeker, new business development manager van Vandersanden: “Metselaars zouden eindeloos met stelprofielen en metseldraden in de weer zijn als ze dezelfde vormen zouden willen realiseren als wij met deze robot. Die legt elke steen precies op de plek neer die het 3D model weergeeft. Op minder dan een millimeter nauwkeurig.”
De lijmmortel vangt daarnaast niet alleen de onregelmatigheden op, maar levert bovendien een hele sterke verbinding. Kobe: “Een klein contactvlak van zo’n 30% is meestal voldoende. De zwakste schakel is in de praktijk niet de mortel, maar de steen.” Die hoge sterkte brengt nieuwe metselwerkverbanden binnen handbereik. Stack3d, of sinds kort ‘Vandersanden parametrisch prefab’, kan uitbollende muren maken, slingerende kolommen, golvende wanden of welke vorm ook. En een paar stenen weglaten voor een uitsparing, is geen enkel probleem.
Inmiddels is de metselrobot verhuisd van de robothal van Stack3d in Moergestel naar de productielocatie van Vandersanden in Maasmechelen. Voor de robot is een aparte hal gereserveerd. Vanuit de nieuwe productielocatie kunnen bouwdelen in allerlei vormen worden geproduceerd, waarna ze in zijn geheel of in delen naar de bouwlocatie gaan. Denk aan gevels, kolommen, lateien of andere bouwdelen.
Gedraaide kolom
Bij de entree van het pand in Maasmechelen staat inmiddels een kolom, die alle mogelijkheden van parametrisch metselen goed laat zien. De vierkante voetafdruk verspringt naar boven toe elke laag een klein stukje, waardoor een verdraaiing ontstaat. De stenen zijn een beetje schuin ten opzichte van elkaar geplaatst. Halverwege de hoogte komen de stenen recht te liggen, maar zet de draaibeweging door. Vanaf dat moment verschijnen steeds grotere openingen. Dat gebeurt door bakstenen weg te laten. Voegwapening, lateien of staalprofielen zijn niet nodig. De lijmmortel houdt alles op zijn plek en zorgt voor voldoende (trek)sterkte.
Door de hoge sterkte van de verbinding was transport van (toen nog) Moergestel naar Maasmechelen van de kolom volgens Ruben nauwelijks een probleem. Met een paar balken door de gaten en spanbanden werd de constructie op voorspanning gezet en kon het gevaarte door een heftruck worden opgetild en in de vrachtwagen geplaatst.
Mooi voorbeeld van parametrisch metselen is de voorgevel van het nieuwe BouwLab R&Do in Haarlem, die vorig jaar is geplaatst
Decoratieve voorgevel
Opvallend resultaat van het parametrisch metselen is de voorgevel van het nieuwe BouwLab R&Do in Haarlem, die vorig jaar is geplaatst. Hier kunnen (MKB)-ondernemingen uit de bouwsector experimenteren, co-creëren en innoveren met de nieuwste technologie. Daarnaast is BouwLab een experimenteerplek rondom circulariteit in de bouw.
De gevel is geproduceerd door Stack3d, partner van BouwLab R&Do. Met een robotarm zijn de stenen op de millimeter nauwkeurig gelegd volgens het parametrische model en zijn de stenen met elkaar verlijmd. Het werken met de robotarm heeft als voordeel dat er zeer weinig mankracht nodig is, de stenen op een zeer nauwkeurige manier kunnen worden gelegd en de productie ’s nachts door kan draaien. Na de productie is de gevel in acht losse delen naar de locatie in Haarlem gebracht. Ze zijn zo geproduceerd dat deze als een soort ritssluiting aan elkaar waren te monteren.
De stenen die gebruikt zijn voor de gevel zijn strengpersgevelstenen van Vandersanden. Een mengsel van Rivier- en westerwaldklei vormde de basis hiervoor. Strengpersstenen staan bekend om hun strakke uitstraling en uitgesproken kleuren en zijn gemaakt van natuurlijke grondstoffen. Ze gaan meer dan 100 jaar mee, dus zijn erg duurzaam.
Wilde ontwerpen
Op de computer laten Ruben en Kobe veel wildere ontwerpen zien. Ontwerpen die soms nauwelijks nog iets met metselwerk te maken lijken te hebben. De zelf ontwikkelde software op basis van Rhino en Grasshopper vertaalt in een oogwenk een foto van Barack Obama naar metselwerk. Dat gebeurt door bakstenen wat te verdraaien, uit te laten steken of juist terug te laten springen. Het effect is heel subtiel, maar daardoor des te verrassender. Passanten zullen langs de wand moeten lopen en onder een steeds andere hoek naar de muur kijken om het te zien.
Ook logo’s van bedrijven op gevels of binnenwanden zijn mogelijk. Of complexe geometrische patronen. Kobe verwacht met de nieuwe metselrobot elke reden weg te nemen om complex metselwerk en bijzondere details op het laatste moment te schrappen uit projecten, zoals zo vaak gebeurt. “Ambachtelijk maatwerk is onbetaalbaar en er zijn geen vakmensen te vinden. Onze metselrobot heeft er echter geen problemen mee en zijn uurtarief is heel schappelijk. Hij neemt ook geen pauze en kan 24/7 doorwerken.”
Vandersanden
www.vandersanden.com
