3D-printen is bezig met een opmars in de bouwsector

Het gebruik van 3D printers is al lang geen hype meer: in de auto-industrie, lucht- en ruimtevaart en voor medische toepassingen is het een veelgebruikt productiemiddel. Vaak gaat het om hoogwaardige producten met een grote toegevoegde waarde, zoals protheses of auto-onderdelen. Afgelopen zomer werd de eerste 3D-geprinte brug van zesduizend kilo geopend in Amsterdam. Is deze wereldprimeur een voorbode van grootschalige inzet van 3D-printers voor de bouwsector?  

Ook interessant: Nijmegen neemt langste 3D-geprinte betonnen brug ter wereld in gebruik

Als het aan Gijs van der Velden, oprichter en CEO van MX3D, ligt wel. MX3D lanceerde het brugproject als een stip aan de horizon. Het doel was een zichtbaar bewijs leveren dat het echt kan: een veilig, groot én kwalitatief hoogwaardig object printen. “Toen we in 2015 begonnen was het een innovatie waarvan totaal onduidelijk was of de bouw er iets mee zou kunnen. Overal waar we onze technologie en visie aan de man wilden brengen, werden we uitgelachen omdat we iets deden waarvan mensen alleen de problemen zagen, niet de mogelijkheden.”

Steeds meer interesse vanuit de bouw

Dat is nu wel anders. Sinds de brug geopend is, kloppen er steeds meer bedrijven met steeds interessantere vragen aan bij MX3D. Toch is een complete brug printen niet voor herhaling vatbaar. “Voor de complexe, constructieve delen waar een staalstructuur bij elkaar komt is een robot heel handig, maar de rechtlijnige, grote onderdelen kun je sneller en makkelijker bouwen met standaard buizen.” Zo ziet Van der Velden de toekomst ook voor zich: de 3D-printer gaat niet alle huidige technieken in de bouw vervangen, maar aanvullen.

De start-up levert een softwarepakket dat lasrobots, die bij bouwbedrijven vaak al aanwezig zijn, in een 3D-printer transformeert. Althans, dat was in eerste instantie het idee. Van der Velden: “We kwamen er al doende achter dat bedrijven veel meer behoefte hebben aan het totale pakket: een nieuwe robot met onze software erin. Dus bieden we nu ook een volledige turnkey robotprinter aan.”

Een van de grootste uitdagingen bij het inzetten van 3D-technologie in de bouwsector is het materiaal, vertelt Van der Velden. “Toen we begonnen dacht iedereen uit de sector, op basis van hun ervaringen met lassen, dat een 3D-geprinte constructie het nooit zou halen bij de kwaliteit van de lastechniek.” Vijf jaar en veel onderzoek later kan MX3D écht garanderen dat de materialen juist van hele goede kwaliteit zijn.

Rob Wolfs, assistent-professor bij de faculteit Bouwkunde aan de Technische Universiteit Eindhoven, sluit zich daarbij aan. “Ik zie dat er steeds meer partijen durven te investeren in printen en robotisering. Ze zien steeds vaker dat het echt een realistische optie is, daar is de brug in Amsterdam is een goed voorbeeld van.”

Woningtekort en duurzaamheid

Volgens Wolfs staat de bouwsector voor twee grote opgaven: het woningtekort en duurzamer bouwen. “Enerzijds moet er meer gebouwd worden, maar het moet ook duurzamer gebeuren. Het mooie van 3D-printen is het dat op beide vraagstukken in ieder geval een deel van het antwoord kan zijn.”

3D-printen is niet per definitie duurzamer, maar een 3D-printer gebruikt wel aanzienlijk minder energie dan bijvoorbeeld een freesmachine, vertelt Van der Velden. “En er is radicaal minder materiaal nodig. Roestvrijstaal heeft een flinke footprint, maar op het moment dat wij met een 3D-printer met 20 tot 30 procent minder materiaal kunnen produceren, breng je die voetprint enorm terug.”  Van der Velden ziet nog een vraag die 3D-printen kan beantwoorden. “Lassers zijn tegenwoordig heel moeilijk te vinden, 3D-printen kan een manier zijn om toch aan die vraag te kunnen voldoen.”

FDM-printen

Er zijn verschillende 3D-printtechnieken: poederbed-printen, lasprinten of betonprinten bijvoorbeeld. Bij MX3D leggen ze zich toe op FDM-printen. Daarbij komt er een draad door de kop van de printer, zo wordt er laagje voor laagje een object geprint. Het grote voordeel van deze techniek is dat er relatief makkelijk grote volumes kunnen worden afgedrukt. Van der Velden: “We gebruiken industriële robots. Als je die op een verhoging zet, kun je een heel groot bouwvolume aan.”

Eén 3D-robot van MX3D print per uur tussen de 1,5 en vier kilo staal. “Als je een object produceert van 6000 kilo, is dat dus niet binnen twee dagen geprint. Mensen verwachten soms dat we binnen een week een complete wolkenkrabber uit de printer kunnen laten rollen, haha.” Een wolkenkrabber of een complete brug printen is niet de ambitie. “Maar, als er een nieuwe brug met bijzondere vorm gebouwd moet worden, dan is 3D-printen absoluut een uitkomst.”

Uitdagingen

De grote vraag blijft: gaat 3D-printen de bouwsector nou veroveren of niet? Wolfs ziet dat er veel boeiende projecten aankomen waarbij er vol op 3D-printen wordt ingezet. Goed nieuws, maar het gaat vooralsnog om individuele projecten. “Voordat de techniek op grote schaal haar intrede kan doen in de bouwsector, zijn er drie vraagstukken die we moeten oplossen. Allereerst moet het materiaal duurzamer en functioneler worden. De materialen waarmee we printen, zijn nog vrij standaard.” Als voorbeeld noemt Wolfs beton dat ook direct isolerend werkt, of dat over eigenschappen beschikt waardoor het elektriciteit geleidt of zichzelf kan herstellen. “Dan wordt het pas echt interessant.”

De tweede uitdaging is dat het combineren van printen met het gebruik van traditionele stalen staven en netten. “Beton werkt altijd samen met staal. Stalen netten en staven vangen de trekkracht op, ander scheurt het beton.”

Het derde en laatste vraagstuk, aldus Wolfs, is hoe we vervolgens gaan ontwerpen met de nieuwe technieken. “Hoe gaan we onze gebouwen en bruggen vormgeven zodat we de techniek maximaal benutten en zo efficiënt mogelijk werken? Alle veiligheidsregels en normeringen daaromtrent, zijn nog in ontwikkeling.”

Staalknooppunt als nieuwe mijlpaal

Van der Velden ziet dat de industrie steeds meer mogelijkheden ontdekt om 3D-printen te integreren in bedrijven. “We hebben in samenwerking met een Japans bedrijf een staalknooppunt ontwikkeld dat op grote schaal wordt ingezet voor de bouw van bruggen. De materiaaleigenschappen daarvan worden op dit moment gecertificeerd door de Lloyds Register.” De certificering is een nieuwe mijlpaal voor het 3D-printen in de bouwsector: het zorgt ervoor dat een nieuw project makkelijker, sneller en goedkoper kan worden uitgevoerd zonder dat er verder onderzoek nodig is.”

Ook Wolfs kijkt positief naar de toekomst. “Toen ik begon met onderzoeken, ging het over laagjes beton op elkaar leggen en afwachten wat er zou gebeuren. Nu, vijf jaar later, wordt er al over de hele wereld geprint met die techniek. We zijn echt in korte tijd van laagje voor laagje printen naar een complete woning gegaan. Die opschaling vind ik hoopgevend en indrukwekkend.” Dat maakt de wisselwerking tussen 3D-printen en de bouwsector ook zo interessant, aldus Wolfs. “Een complexe opgave, maar door samenwerking van industrie, overheid en de wetenschap, kan de techniek echt een antwoord zijn op het duurzaamheidsvraagstuk en de woningnood. Daar ben ik van overtuigd.”

Lees meer over 3D-printen in ons archief.