De bouw is een van de grootste industrieën in de wereldeconomie - ter waarde van A$ 10 biljoen wereldwijd (gelijk aan 13% van het BBP).

Maar de bouw lijdt al tientallen jaren onder een opmerkelijk lage productiviteit in vergelijking met andere sectoren. Terwijl de landbouw en de productie sinds de jaren vijftig de productiviteit 10 tot 15 keer hebben verhoogd, constructie blijft steken op hetzelfde niveau als 80 jaar geleden.

Dat komt omdat de constructie grotendeels handmatig blijft, terwijl de maakindustrie en andere industrieën aanzienlijke vooruitgang hebben geboekt bij het gebruik van digitale, detectie- en automatiseringstechnologieën.

Wij en andere onderzoeksgroepen zien 3D-geprint beton als een mogelijke oplossing voor deze problemen. De techniek zal architecten waarschijnlijk ook de vrijheid geven om meer creativiteit in hun ontwerpen voor nieuwe structuren te injecteren.

Problemen bij de bouw

Onze moderne civiele infrastructuur is bijna volledig gebouwd met beton. We gebruiken meer dan 20 miljard ton beton per jaar. Het enige materiaal dat we meer gebruiken dan dat is water.

De bouwsector wordt geconfronteerd met een aantal ernstige problemen, inclusief lage arbeidsefficiëntie en hoge ongevallencijfers op bouwplaatsen. Volgens het Australische Bureau voor de Statistiek, de bouwsector heeft het hoogste percentage arbeidsgerelateerde letsels (59 per 1000 werknemers).

Er zijn ook problemen bij de kwaliteitscontrole op bouwplaatsen, hoge niveaus van afval en koolstofemissies, kosten uitbarstingen, en uitdagingen bij het beheren van grote werkplaatsen met een verdwijnend geschoold personeelsbestand.

Disruptieve technologieën zoals 3D-betonprinten kunnen oplossingen bieden.

De voordelen van 3D-betonprinten

3D-constructie maakt gebruik van additieve fabricagetechnieken, wat betekent dat objecten worden geconstrueerd door lagen materiaal toe te voegen.

Conventionele benaderingen van constructie omvatten het gieten van beton in een mal (bekend als bekisting). Maar additief bouwen combineert digitale technologie en nieuwe inzichten uit materiaaltechnologie om vrije vorm te bouwen zonder het gebruik van bekisting.

Het elimineren van de kosten van bekisting is de belangrijkste economische drijfveer van 3D-betonprinten. Gebouwd met materialen zoals hout, bekisting is goed voor ongeveer 60% van de totale kosten van betonconstructie. Het is ook een belangrijke bron van afval, aangezien het vroeg of laat wordt weggegooid. Volgens een onderzoek uit 2011 de bouwsector genereert 80% van het totale wereldwijde afval.

Het storten van beton in de bekisting beperkt ook de creativiteit van architecten om unieke vormen te bouwen, tenzij er zeer hoge kosten worden betaald voor bekisting op maat. Additieve constructie in vrije vorm zou de architecturale expressie kunnen verbeteren. De kosten voor het produceren van een structureel onderdeel zouden niet gebonden zijn aan de vorm, zo kon de constructie worden bevrijd van de rechthoekige ontwerpen die zo vertrouwd zijn in de huidige bouwarchitectuur.

Wat we zouden kunnen bouwen

3D-betonprinten wordt onderzocht voor gebruik bij de bouw van huizen, bruggen, gebouwen en zelfs torens van windturbines.

Huizen

Dit 3D-geprinte betonnen huis werd gebouwd in 24 uur tijdens een strenge Russische winter. Het was het eerste huis dat op één locatie werd gebouwd.

Bruggen

Vorig jaar werd in Nederland een 8 meter lange 3D-geprinte betonnen brug voor fietsers onthuld. De brug, die werd gedrukt door de Technische Universiteit Eindhoven, heeft meer dan 800 lagen en kostte drie maanden om te printen.

Ingewikkelde structuren

3D-betonprinten heeft een voordeel ten opzichte van conventionele bouwmethoden als het gaat om het bouwen van niet-rechtlijnige vormen, zoals gebogen vormen met ingewikkelde details.

Het is nog vroeg

Dit onderzoeksgebied staat nog in de kinderschoenen.

De grootste hindernis bij de ontwikkeling van 3D-printen in beton is het beton zelf. Conventioneel beton in zijn huidige vorm is niet geschikt voor 3D-printen, er moeten dus nieuwe en innovatieve alternatieven worden ontwikkeld.

Onderzoekers onderzoeken verschillende soorten beton. Het beton voor 3D-printen mag niet uitharden als het in de printer zit, maar het moet zo snel mogelijk uitharden en versterken nadat het is geëxtrudeerd. Dit soort beton wordt "set-on-demand" genoemd.

Als het gaat om het daadwerkelijk bedrukken van het beton, speciale printers nodig. Typisch, het formaat van de printer moet groter zijn dan het onderdeel dat wordt afgedrukt. Echter, onderzoekers onderzoeken printers of robots die kunnen "klimmen" op delen van het beton die al zijn geplaatst om andere secties af te drukken.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.