Op een nieuwbouwhuis moet je nu maanden of zelfs jaren wachten. Het bouwproces verloopt niet altijd even efficiënt, door fouten gaan materialen verloren en de keuzemogelijkheden zijn beperkt. Ondertussen loopt het woningtekort op en is er een structureel tekort aan vaklui. Een groot maatschappelijk probleem waarvoor de oplossing niet voor het oprapen ligt. De overheid komt met gedeeltelijke oplossingen door beleid aan te passen. Bijvoorbeeld door de bezwaarprocedure bij een nieuwbouwproject te veranderen zodat de bouw sneller van start kan gaan. Maar er is meer nodig: een grote en structurele verandering in de manier van bouwen en vooral in de manier van denken over bouw.
Een van de veelbelovende innovaties zijn 3D-printers. Een betonprinter kan snel, nauwkeurig en met een geringe hoeveelheid afval de constructie van een huis neerzetten. Op deze manier is het bouwproces – in ieder geval gedeeltelijk – te automatiseren. Dat scheelt tijd, geld en arbeidskrachten.
De gamechanger
“Automatisering in de bouw kan bijdragen aan een structurele oplossing voor de hedendaagse problemen. 3D-printen is echt een gamechanger. De bouw krijgt dan meer een proces zoals je in de automotive industrie ook ziet”, stelt Branko Šavija, associate professor aan de Technische Universiteit Delft. Hij is onderdeel van een researchgroep die zich richt op de materialen voor 3D printen in de bouw. Šavija: “Zo kunnen huizen in de toekomst – gedeeltelijk – van de lopende band rollen.”
Een lopende band voor huizen klinkt misschien nog ver weg. Maar scale-up CyBe is er al mee bezig. Het bedrijf wil graag een eigen fabriek openen om huizen te produceren. In de fabriek gaat een huis van station naar station en wordt zo steeds completer. Een 3D-printer maakt de muren, fundering en vloeren, daarna wordt er ook isolatie, leidingwerk en alle andere onderdelen in gemonteerd. Zo kan het als een kant en klaar pakket naar de bouwplaats. Dit proces duurt vijf dagen. Na vijf dagen rolt er dus iedere dag een huis van de lopende band.
Daarnaast verkoopt het bedrijf de robots ook aan universiteiten en bedrijven wereldwijd. “Onze klanten printen over de hele wereld. Zij maken woningen, maar ook kunstmatig rif (om meer koraal te laten groeien op de bodem van de zee, red.), buitenmeubilair en andere objecten. Daarnaast worden de robots ook voor onderzoek gebruikt op universiteiten”, vertelt Pleun Zant, marketingmedewerker bij CyBe.
Modulaire woningen
Naast het modulair bouwen ontwikkelt en verkoopt CyBe nog vijf andere modellen printers. Eén daarvan is een portaalprinter, die snel en gemakkelijk modules kan maken waarmee je modulaire huizen kunt bouwen. “De afmetingen van de modules zijn zo vormgegeven dat ze makkelijk te vervoeren zijn”, vertelt Zant hierover. De modules komen helemaal compleet uit de fabriek, zelfs de muren zijn gestuct en de keuken en badkamer zijn geïnstalleerd. “We doen zo veel mogelijk vanuit een gereguleerde, fabrieksmatige opstelling. Op de bouwplaats worden de modules neergezet en gekoppeld (dit kan zowel horizontaal als verticaal, red.). Het is een plug en play-principe.”
Naast de snelheid van de bouw, zorgen de fabrieksmatige omstandigheden ook voor een kleinere foutmarge, minder transportkosten en minder afval. “Met een 3D-printer is het proces meer geoptimaliseerd waardoor er efficiënter met materialen wordt omgegaan. De printer gebruikt door de optimale inrichting sowieso minder materialen dan bij traditionele bouwmethoden en daardoor wordt ook minder weggegooid”, zegt Šavija.
Materialen verduurzamen
Hij ziet nog verschillende kansen om materialen in de toekomst te verduurzamen, bijvoorbeeld het beton waarmee de printer werkt. Beton is namelijk op zichzelf geen natuurvriendelijk materiaal. “De grootste vervuiler in beton is cement. We moeten zoeken naar een manier om minder cement te gebruiken of het cement compleet te vervangen door een ander materiaal”, schetst Šavija. Hier zijn onderzoekers in zijn groep al jaren mee bezig. Een van de mogelijkheden is om een restproduct uit de staalindustrie te gebruiken. “Ik hoop dat we meer met andere sectoren kunnen samenwerken. Het afval van de ene sector kan namelijk weer een grondstof zijn voor een andere.”
Toch ziet Šavija beton niet als slechte optie. “Beton is namelijk vrij duurzaam vergeleken met andere materialen. Het is sterk, goedkoop, overal beschikbaar en het gaat heel lang mee. Als we een milieuvriendelijker materiaal vinden dat minder sterk is, dan moeten het misschien vaker vervangen. Uiteindelijk is dat ook niet heel duurzaam. Ik denk dat we beton in sommige gevallen kunnen en moeten vervangen, maar dat we altijd goed moeten kijken welke materiaal het beste bij een bepaalde situatie past.” Hij denkt bijvoorbeeld aan een modulair systeem dat uit elkaar gehaald kan worden om bepaalde onderdelen weer opnieuw te gebruiken in andere projecten.
Cruciale rol voor start-ups
Om zo’n modulair systeem te implementeren moeten niet alleen de materialen, maar ook het gedachtengoed in de bouwsector veranderen. Dat is een lastige opgave. “Bij innovaties komt een hoop risico kijken. Dat maakt het minder aantrekkelijk voor bestaande bedrijven en hiermee aan de slag te gaan”, verklaart Šavija. Daarom vinden dergelijke ontwikkelingen vaak hun oorsprong bij universiteiten. Wetenschappers richten zich voornamelijk op de technologische innovatie. Om het ook economisch gezien interessant te maken, ziet de onderzoeker een belangrijke rol voor start-ups. “Een groot aantal start-ups is al een aantal jaren bezig met de ontwikkeling van 3D-printers voor de bouw. Zij beginnen vaak met een subsidie vanuit de overheid maar komen op een gegeven moment op een punt dat zij zelf winstgevend moeten worden. Nu dat vorm begint te krijgen, neemt het risico voor grote bedrijven af en willen zij ook kijken naar deze innovatie.”
Kenniskloof verkleinen
Naast de investeringsbereidheid, merkt CyBe een grote kenniskloof tussen de start-ups en de gerenommeerde bouwbedrijven. De kloof probeert de start-up zelf te overbruggen met hun eigen leerplatform. Klanten vinden hier bijvoorbeeld software en modellen om snel met de 3D-printer aan de slag te kunnen gaan. CyBe heeft naast bouwbedrijven ook verschillende universiteiten als partner. Zant: “Via de universiteiten krijgen wij weer nieuwe kennis en inzichten, die kunnen we dan ook weer doorgeven aan de bouwbedrijven.”
Šavija ziet dat vanuit universiteiten ook vaker wordt samengewerkt met de industrie. “3D-printen in de bouw is een relatief makkelijk toepasbare technologie. Dat betekent dat de samenwerking met de industrie al in een vroeg stadium cruciaal is om echt impact te kunnen maken”, stelt hij. Daarom heeft de onderzoeker contact met verschillende start-ups, waaronder CyBe. Zij bekijken de mogelijkheden om samen projecten te doen, bijvoorbeeld voor masterstudenten. Dat komt het onderzoek én de daadwerkelijke toepassing van een innovatie ten goede.
Daarnaast vindt Šavija ook de samenwerking tussen universiteiten, onder andere in de 4TU.Bouw, erg belangrijk. Dit is een samenwerkingsverband tussen de vier technische universiteiten op het gebied van wetenschappelijk onderzoek en valorisatie in de bouw. “Vanuit 4TU.Bouw hebben we verschillende projecten gedaan. Iedere universiteit doet onderzoek naar een ander onderdeel van 3D-beton printen”, zegt hij. Zo werkt Šavija bijvoorbeeld samen met de Faculteit Bouwkunde van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Vanuit de TU Delft richt hij zich voornamelijk op de materialen voor 3D-printen in de bouw. In Eindhoven wordt onder andere door universitair docent Rob Wolfs en hoogleraar en decaan Theo Salet gewerkt aan de ontwikkeling van de 3D-printer zelf. “Zo vullen we elkaar goed aan en komen we verder.”
Hindernissen
De ontwikkeling van 3D-printen in de bouw gaat snel, maar er is nog een aantal hindernissen te nemen. Beton is vaak voorzien van stalen bewapening voor extra stevigheid. Op dit moment is het nog niet mogelijk om die bewapening te integreren in het printproces. De objecten die nu al geprint zijn, zoals een burg in het Brabantse Gemert, zijn later handmatig voorzien van bewapening. Šavija: “Idealiter wil je alle onderdelen en handelingen samenvoegen in één geautomatiseerd proces. Dat is op dit moment technisch gezien nog niet mogelijk. Daarom is deze nieuwe technologie nu nog niet beter dan de huidige bouwmethoden. We moeten nog een aantal stappen zetten de komende tijd om het beter aan te laten sluiten bij de behoeften van de industrie. Als dat lukt, dan kan deze technologie veel impact maken in verschillende vakgebieden.”
De onderzoeker verwacht dat het de komende jaren mogelijk kan worden om geautomatiseerd een constructie te maken. Denk bijvoorbeeld aan een trap of een brug. Een huis is volgens hem ingewikkelder. “Dan heb je ook te maken met leidingwerk en elektriciteit. Dat is extra lastig om te automatiseren. Maar het zou wel mooi zijn als het in de toekomst lukt, want we hebben ook veel te weinig elektriciens en loodgieters.” Zant vult aan: “Bij ons wordt het leidingwerk en de elektriciteit nu ook nog handmatig in de huizen aangebracht. Maar dit gebeurt wel allemaal in de fabriek. Dat zorgt al voor een verbetering van de efficiëntie.”
Kiezen wat je wil
Beiden zijn het erover eens dat de vorm- en bouwvrijheid van een 3D-printer voor de consumenten het meest belangrijke en merkbare onderdeel is. Een deur op een andere plek of extra stopcontacten zijn dan niet meer zo ingewikkeld. Dat kan gewoon ingesteld worden in het model dat de printer gaat maken. Zant: “Wij werken op dit moment aan een appartementencomplex waar we een fietsrek en een bloembak in de vorm van de muur hebben gemaakt. In Nieuw-Zeeland maakt een van de onze klanten een 3D-geprinte waterberging onder een huis.”
Er is nog veel onderzoek nodig voor verbeteringen, maar zowel voor de wetenschap als de industrie en de consument lijkt 3D-beton printen de rooskleurige toekomst. Zant: “De mogelijkheden zijn in ieder geval eindeloos.”
Samenwerking
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
