Door lagen beton zoals rijen tandpasta te gieten, voegde een industriële 3D-printer deze week een tweede verdieping toe aan een huis in Houston dat de eerste geprinte structuur met meerdere verdiepingen in de Verenigde Staten zal zijn.

Naast die prestatie zeggen ontwerpers Leslie Lok en Sasa Zivkovic, assistent-professoren architectuur aan het College of Architecture, Art and Planning (AAP) en mede-directeuren van het HANNAH Design Office, dat de eengezinswoning met twee verdiepingen het demonstreren van innovatieve bouwprocessen die kunnen worden opgeschaald naar meergezinswoningen en ontwikkelingen voor gemengd gebruik, waardoor woningtekorten worden aangepakt.

Hun eerste-van-zijn-soort hybride ontwerp verbindt structurele elementen bestaande uit 3D-geprint beton met conventionele houten kozijnen die representatief zijn voor de meeste Amerikaanse woningbouw. De combinatie laat zien hoe elk materiaal kan worden gebruikt waar het het beste werkt, met minimaal afval, om gebouwen te creëren die efficiënt zijn, bestand tegen steeds intensere weersomstandigheden en mogelijk betaalbaarder.

"Onze hybride constructiebenadering creëert een bouwsysteem dat structureel efficiënt, gemakkelijk repliceerbaar en materieel responsief is", zei Lok. "Het project benadrukt ook het opwindende ontwerppotentieel van massaal op maat gemaakte architecturale componenten om te voldoen aan de behoeften van huiseigenaren en om de integratie van bouwsystemen te vereenvoudigen."

Zivkovic toegevoegd:"Deze ontwerpinspanningen zijn bedoeld om de impact, toepasbaarheid, duurzaamheid en kostenefficiëntie van 3D-printen voor toekomstige woon- en meergezinsgebouwen in de VS te vergroten."

Op 12 september werden leden van de media uitgenodigd om de voortgang te observeren bij het afdrukken van het huis met drie slaapkamers en drie badkamers, dat ook een garage voor twee auto's en een schoorsteen van 40 voet zal hebben - waardoor het huis een van de hoogste gedrukte structuren wordt datum.

Het huis wordt gebouwd in samenwerking met PERI 3D Construction, dat zes 3D-geprinte structuren in de VS en Europa heeft voltooid; De in Houston gevestigde engineering en ontwerp-build aannemer CIVE; en andere partners in de bouwsector. Het projectteam blijft industriemedewerkers en sponsors zoeken.

Voor Lok, die het Rural-Urban Building Innovation Lab bij AAP leidt, en Zivkovic, die het Robotic Construction Lab leidt, is het project het nieuwste project dat voortkomt uit jarenlang onderzoek naar het potentieel van 3D-printen om "massale maatwerk" mogelijk te maken zonder de kosten te verhogen. Ze experimenteerden eerder met een hybride ontwerp met 3D-geprint beton en upcycled hout voor het Ashen Cabin-project in de staat New York. Lok's HoloWall-installatie op de Arts Quad onderzocht maatwerk met behulp van niet-uniforme bouwmaterialen en digitale modelleringstools. Het eerdere onderzoek van Zivkovic omvat de ontwikkeling van nieuwe betonprintmethoden en robotgefabriceerde houten onderdelen.

Het Houston-project van 4.000 vierkante voet gaat vooruit en werkt op grotere schaal, een waarvoor nog een Amerikaanse "eerste" nodig is - een verplaatsing van het grote portaal dat de printer ondersteunt, ongeveer 60 voet lang, 30 voet breed en 30 voet hoog, naar voltooi de structuur.

Over verschillende systemen - van sproeischuimisolatie tot een verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsysteem dat vaker voorkomt in commerciële gebouwen - zeggen de ontwerpers dat het huis ontwerp- en bouwprocessen integreert die zeer geschikt zijn voor meergezinsontwikkelingen die nodig zullen zijn om de huisvestingscapaciteit in snelgroeiende steden zoals Houston.

De ontwerpers zeiden dat hun aanpak ook de bouwtijdlijnen zou kunnen versnellen en de kosten zou verlagen, aangezien betonprinters door slechts drie of vier personen kunnen worden bediend. Het minimaliseert ook verspilling, omdat materiaal op aanvraag kan worden gemengd en alleen voor structureel belangrijke secties kan worden bedrukt, en houtskeletbouw efficiënter kan worden geïntegreerd in een modulair ontwerp.

"Naast printtechnologie zijn de integratie van printen met bouwontwerp en bouwmaterialen en het stroomlijnen van het bouwproces belangrijke aspecten bij de realisatie van een dergelijk project", aldus Zivkovic. "We gebruiken dit project om te laten zien hoe 3D-printen niet alleen marktklaar is, maar ook in staat is om goed ontworpen en hoogwaardige architectuur te bouwen."

Voor het huis in Houston is het gedrukte materiaal lokaal geproduceerd en wordt gebruik gemaakt van cement met een verminderde ecologische voetafdruk, een mix die vliegas, slakken en andere industriële bijproducten kan bevatten. De ontwerpers werken samen met collega's van het College of Engineering aan onderzoek met betrekking tot milieuvriendelijke bouwmaterialen, waaronder het potentieel voor beton om methaan, een krachtig broeikasgas, op te slaan. Houtskeletbouw is ondertussen een hernieuwbare hulpbron, maar is vaak een product van bosmonoculturen en kan over lange afstanden worden vervoerd.

Lok en Zivkoviv zeiden dat het huis in Houston het gebruik van beide materialen optimaliseert en tegelijkertijd beter profiteert van hun ontwerppotentieel dan veel constructies die beperkt zijn tot slechts één van hen.

"Er is geen ontwerp," zei Lok, "dat denkt aan meergezinswoningen die deze twee systemen samen gebruiken." + Verder verkennen

De langste 3D-geprinte betonnen fietsbrug ter wereld