Behalve met (bio)plastics wordt op veel plaatsen in de wereld ook druk geëxperimenteerd met het printen van beton in de bouw. Volgens Hans Köhne van het Cement&BetonCentrum gaat het er in de Nederlandse bouw vooral op aankomen de toegevoegde waarde van 3D betonprinten te ontdekken. Tot nu toe zijn er meer vragen dan antwoorden.
Het prikkelt de nieuwsgierigheid. We kunnen beton spuiten, dus we zullen het ook wel kunnen printen. Maar bij spuiten kun je je constructies van tevoren wapenen. Bij printen komen allerlei vragen naar voren. Er worden momenteel wereldwijd allerlei dingen gedaan en ontwikkeld. De resultaten laat men graag zien, maar het blijft nogal geheimzinnig welk materiaal er wordt toegepast. Men noemt het wel beton, maar wat zit er dan in? Kennelijk is de korrelgrootte zo beperkt dat het te printen is, terwijl het wel voldoende volume heeft om lagen te vormen die meer zijn dan papierdikte. Het materiaal moet vloeien zonder de printkop te verstoppen en dan vervolgens wel stevigheid hebben en één geheel vormen met de vorige laag. En wat is dan het mechanische gedrag daarvan? De druksterkte geloof ik wel maar interessanter is of het een monoliet wordt. En hoe je dat doet met eventuele wapening. Kan dat in één handeling? En dan spelen nog de brandweerstand van het materiaal een rol en natuurlijk de kosten. Kortom: meer vragen dan antwoorden”, zegt Hans Köhne van het Cement&BetonCentrum.
Anders denken
Toch gelooft Köhne wel in de ontwikkeling van 3D printen van beton. “Het maken van constructies zonder maltechniek is toch wel heel spannend. Vorm en constructie worden dan letterlijk één geheel, waardoor ook andere communicatie nodig is in het ontwerpproces.” Het Cement&BetonCentrum is dan ook nauw betrokken bij een project 3D printen van beton aan de TU Eindhoven, onder leiding van prof. Theo Salet. Twee promovendi zijn bezig met onderzoeken naar technieken en materialen. Momenteel werken ze aan de mechanische kant: het ontwikkelen en opstellen van een printer, die er na de zomervakantie zou moeten staan. Het onderzoek richt zich vooral op het modelleren van 3D-geprinte constructies. Dat vergt inzicht in constructie- en materiaaleigenschappen. Heel veel informatie zal proefondervindelijk moeten worden gevonden. De uitdaging blijft volgens Köhne vooral het vinden van een toegevoegde waarde, in plaats van een andere – soms duurdere en omslachtigere – manier om te doen wat we nu al doen. Die nieuwe mogelijkheden moeten nog worden ontdekt. Booosting en Cement&BetonCentrum willen dat denkproces dan ook graag in gang zetten en hopen in oktober samen met de TU Eindhoven een congres hierover te houden. Köhne hoopt dat dan ook wat eerste resultaten van het onderzoek aan de TU te zien zullen zijn.
Betonprinter in actie
Een van de partners in het onderzoeksproject 3D printen van duurzame betonconstructies aan de TU Eindhoven is het bedrijf CyBe Construction. Dit bedrijf is inmiddels actief bezig met het 3D printen van beton. Het heeft een printer ontwikkeld en heeft samen met een partner een aantal mortels ontwikkeld. In de locatie in Oss worden inmiddels betondelen geprint van 2 x 5 meter en 2,5 meter hoog. “We kunnen in vier uur een casco printen van 10 x 5,5 meter met een vergelijkbare sterkte als kalkzandsteen. Een uur na het printen zijn de wanden belastbaar. Zelf hebben we eens een steigerplank op een geprint object gelegd waar we tien minuten na het printen met een aantal mensen op konden staan. Met onze CyBemortel is dat casco ongeveer tien procent goedkoper dan in kalkzandsteen. We zijn tevens nog een CyBemortel light aan het ontwikkelen. Die mortel is lichter en ook circa twintig procent goedkoper”, vertelt Berry Hendriks van CyBe. Over de samenstelling van de mortel zegt hij niets te mogen vertellen. Die is strikt geheim. Het levert in ieder geval een steenachtig grijs materiaal, met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met beton. “We zijn nu net bezig met het toevoegen van vezelwapening. Daar worden de laagsgewijze binding en de treksterkte beter van. We onderzoeken dat en kijken hoe groot de vezel kan worden die we toevoegen.” Dat biedt dan ook weer mogelijkheden om bijvoorbeeld overspanningen te gaan printen.
Sparingen
Voorlopig worden de te maken casco’s nog ontworpen op eenzelfde wijze als die van kalkzandsteen of andere gestapelde bouwmethodes. Sparingen zijn ook nog in ontwikkeling. “We onderzoeken of we de betonstroom uit de printer tijdelijk kunnen onderbreken.” Voor het over een sparing heen werken zijn diverse oplossingen denkbaar. “Je kunt raamsparingen doortrekken tot onderkant vloer of je kunt een latei aanbrengen. Ook kun je bogen printen.” Hendriks ziet voorlopig de grootste mogelijkheden in het buitenland, buiten Europa. Met een 3D-printer in een container kan hij in korte tijd overal aan het werk zijn. “Maar in Europa moet je dat eerst volledig certificeren. En dan ben je zo anderhalf jaar verder. Daar willen we niet op wachten.” Overigens gebruikt CyBe de eigen ontwikkelde betonprinter niet alleen voor de bouwsector. “We maken er bijvoorbeeld ook tafels en stoelen mee.” Verder wil CyBe de betonprinter doorontwikkelen zodat die ook door anderen kan worden gebruikt, bijvoorbeeld in de betonindustrie. “De printer moet dan dus voldoen aan de CE machinerichtlijn.”
Verschillende printmethodes
CyBe is kennispartner in het onderzoeksproject aan de TU Eindhoven en adviseert onder meer bij de ontwikkeling van de printer. “De TU kiest voor een andere manier van printen. Wereldwijd zijn er diverse initiatieven op het gebied van 3D betonprinten, zoals in China maar ook in Italië en de VS. Iedereen past een andere printmethode toe. Dat maakt het interessant om resultaten te toetsen en te vergelijken.” Bijkomend voordeel van die ontwikkeling is volgens Hendriks dat de materialen hierdoor alleen maar goedkoper gaan worden. Waarmee 3D printen nog sterker concurrerend wordt en in zijn ogen een veelbelovende toekomst tegemoet gaat.
Tekst: Henk Wind
Beeld: Cybe Construction
