3D-betonprinten, de hype voorbij

Twintig jaar geleden werd de eerste 3D-betongeprinte muur gebouwd, inmiddels zijn er 3D-betongeprinte trappen, bankjes, bruggen en staat het eerste (bewoonde) huis. Is daarmee de belofte van de 3D-printtechniek – vormvrijheid, materiaalreductie, productiesnelheid – waargemaakt? Kirsten Hannema sprak met pioniers uit de 3D-betonprintwereld over de kansen en beperkingen van deze techniek voor de bouw. “We zitten nog steeds in de experimenteerfase.”

^{Titelfoto hierboven: Industriële 3D-betonprinter van Weber Beamix (foto: Tektoniek)}

Auteur: Kirsten Hannema

Ctrl+P en gaan; zo simpel zou het met 3D-printen worden om de meest waanzinnige gebouwen tevoorschijn te toveren. De techniek, die in de jaren nul overwaaide vanuit de Verenigde Staten, werd een hype; wie zou het eerste 3D-geprinte huis bouwen? In 2012 presenteerde DUS Architects hun zelfgebouwde Kamermaker, een verplaatsbare 3D-printer waarmee ze in Amsterdam een 3D-geprint grachtenpand wilden realiseren. Vrijwel tegelijk lanceerde architect Janjaap Ruijssenaars zijn ontwerp voor Landscape House, een loopvormig expositiegebouw dat hij in een lange sessie zou 3D-betonprinten. Ondertussen werkte Studio RAP samen met betonproducent Bruil aan een 3D-betongeprinte halte voor de watertaxi in Rotterdam. Geen van de drie plannen is werkelijkheid geworden. De architecten van DUS Architects runnen nu het bedrijf Aectual, dat 3D-geprinte meubels en afwerkingselementen van gerecycled plastic maakt. Ruijssenaars’ idee is in stilte gestorven, Studio RAP heeft het plan voor de watertaxihalte laten varen.

(On)mogelijkheden

Als deze projecten een ding hebben bewezen, dan is het dat 3D-betonprinten naast beloftes – vormvrijheid, minder materiaalverbruik, hogere productiesnelheid – ook de nodige mitsen en maren kent. Zo heb je een (grote) 3D-printer nodig, een daarvoor geschikte mortel, en kapitaal om een printlijn te ontwikkelen. Bij het ontwerpen moet je rekening houden met de uithardingstijd, een printer die niet tussentijds kan stoppen, en bedenken dat het beton vooral goed op druk belastbaar is. Onder andere op de faculteit Bouwkunde van de TU Eindhoven is onder leiding van hoogleraar Theo Salet sinds 2006 onderzoek gedaan naar de (on)mogelijkheden van deze techniek. In samenwerking met een aantal bouwbedrijven startte hij projecten voor ’s werelds eerste 3D-betongeprinte brug in Gemert en het eerste (bewoonbare) 3D-geprinte huis Milestone in Eindhoven. In Teuge realiseerde CyBe Construction De Vergaderfabriek, het eerste 3D-geprinte gebouw van Europa dat voor commerciële doeleinden gebruikt wordt. Maar vooralsnog krijgen deze voorbeeldprojecten nog weinig navolging. Waarom is dat, en wat is er nodig om 3D-betonprinten verder te brengen?

Experimenteerfase

“We zitten nog midden in de experimenteerfase die nodig is om de transitie naar een nieuwe techniek te maken”, zegt Volker Ruitinga van het Eindhovense betonprintbedrijf Vertico. “Bedenk hoe het 3D-printen van plastic twintig jaar geleden een vlucht nam, doordat mensen allemaal gekke dingen gingen uitproberen. Dat waren niet allemaal nuttige toepassingen; de doorbraak kwam onder meer vanuit de tandheelkunde-industrie, met bruggen en kronen waarvoor voorheen dure mallen nodig waren. In de betonindustrie moeten we die stap nog maken. Maar wij zien ongelooflijke kansen voor deze techniek.” Hij toont als voorbeeld de voetgangersbrug die hij in samenwerking met de universiteit van Gent ontwikkelde, waarbij het materiaalgebruik geoptimaliseerd is, door bij het printen de momentlijn van de constructie te volgen. “We volgen het principe van biomimicry. Zoals een boom nooit meer materiaal dan nodig gebruikt om te overleven in zijn omstandigheden, hebben wij al het materiaal dat niet noodzakelijk is voor de benodigde draagkracht, weggelaten. Dat resulteerde in een ingewikkelde vorm, handmatig niet te maken, maar voor een 3D-printrobot een peulenschil.”

Automatiseren

Ruitinga heeft een achtergrond in de automotive-industrie, waar robots alomtegenwoordig zijn. Hij wijst erop dat daardoor per medewerker nu vijf keer zo veel geproduceerd wordt, terwijl in de bouw de afgelopen zestig jaar de toegevoegde waarde per medewerker juist terugliep. “Er wordt wel gezegd: robots nemen banen weg, maar in de bouw is er momenteel een schreeuwend tekort aan personeel. Dat kun je deels oplossen door te automatiseren. 3D-betonprinten is daarin een van de beloftes, samen met de magie van 3D-printen.” Met magie doelt hij op de bijzondere vormen en structuren die je met 3D-printers kunt maken. Ruitinga: “Esthetiek is de snelste weg naar het benutten van het voordeel van 3D-printen.” Vertico verkoopt printrobots aan universiteiten en bedrijven en participeert daarnaast in (experimentele) projecten zoals het Tiny House dat hij met het Amersfoortse kunstenaarscollectief De Huizenmakers ontwikkelde. Nu ja, huis; het is meer een paviljoen, opgebouwd uit enorme dubbelgekromde, op druk belaste schaal-elementen. Deze zijn zonder mallen en hulpconstructies geproduceerd en geassembleerd. “Vaak wordt onderschat hoeveel bouwafval ontstaat bij het maken van betonconstructies. Met 3D-printing konden wij deze constructie afvalvrij realiseren, wat een belangrijke stap is in het meer duurzaam bouwen.”

2-componentenbeton

Om dit soort complexe vormen te maken werkt Vertico met 2-componentbeton. Anders dan bij gewoon 3D-printbeton zit er geen versneller in de cementmix maar wordt een vloeibare versneller via een tweede kop in de robot aan het mengsel toegevoegd. Het uitharden duurt slechts 30 seconden; bij 1-componentbeton is dat 20 minuten tot een uur. Door de minimale droogtijd kunnen verfijnde en ver uitkragende vormen gemaakt worden. De vraag is alleen of daaraan behoefte is in de woningbouw. “In de praktijk willen de meeste mensen toch rechte muren”, ziet Ruitinga. “En daar is de 3D-printrobot juist niet goed in.” Hij ziet vooral toekomst in het optimaliseren van betonnen funderingen, bruggen en constructieve bouwdelen, alsook decoratieve toepassingen zoals 3D-betongeprinte bloempotten en gevelornamenten.

Afzetmarkt

Pieter Bakker, projectleider 3D-betonprinten bij betonproducent Weber Beamix, is ervan overtuigd dat 3D-betonprinten de wereld gaat veroveren, “maar daarvoor moet nog wel veel gebeuren”. Bakker werkte afgelopen jaren onder meer aan 3D-betongeprinte fietsbruggen in Gemert, Nijmegen en Noord-Holland en het Milestone huis. Naast een fabriek in Eindhoven heeft Weber inmiddels een 3D-betonprintfabriek in Tsjechië en een mobiele set-up, waarmee het bedrijf van de VS tot Azië op locaties showcases 3D-print. Denk aan straatmeubilair, skatebaan-elementen en verloren bekistingen, zoals recent voor een mastverzwaringsproject in opdracht van bouwbedrijf BAM. Een succesnummer is de taludtrap die onder meer wordt toegepast bij dijken en spoorlichamen; daarvan zijn er inmiddels zo’n 50 geplaatst op locaties in Nederland en daarbuiten. Bakker: “In dat product komen veel voordelen van 3D-betonprinten bij elkaar, van de snelheid en optimalisatie van parametrisch ontwerp tot materiaal- en kostenbesparing. Met die trappen tonen we dat bouwen met 3D-geprint beton kan binnen de regels van Rijkswaterstaat en Prorail. Opdrachtgevers zijn vaak huiverig voor het nieuwe; de bouw is conservatief. Naast het ontwikkelen van de techniek en de mortel richten we ons nu vooral ook op het ontwikkelen van een afzetmarkt en bekendheid van 3D-betonprinten.”

Duurzaam materiaalgebruik

“Veel mensen hebben nog geen idee wat je allemaal met 3D-betonprinten kan”, zegt Gerard van Engelenburg van betonproducent Bruil, dat in 2015 een 3D-betonprint-tak begon om het familiebedrijf te innoveren. “Architecten denken: wat ik nu teken is vast niet maakbaar, of te duur. Ook wij kennen het volledige potentieel nog niet.” Recent realiseerde Bruil naar ontwerp van Kokon architecten 1200 3D-betongeprinte balkonschermen voor de renovatie van twee galerijflats in Den Helder. Het is tot dusver - wereldwijd - het grootste project op het gebied van 3D-betonprinten. “Om andere partijen te inspireren, proberen we ook zelf dingen uit; onlangs heeft onze engineer een reeks elementen gemaakt die eruitzien als een geplooid tafellaken, echt prachtig.” Naast de vormvrijheid die de techniek biedt, is Van Engelenburg verheugd dat daarvoor geen bekisting nodig is. “Het deed me altijd pijn om dure mallen, soms na eenmalig gebruik, weg te moeten gooien. Ik denk dat duurzaam materiaalgebruik een steeds grotere rol gaat spelen in de ontwikkeling van deze techniek, in combinatie met CO₂-arm beton.”

Kritisch

Architect Wessel van Beerendonk van Studio RAP, gespecialiseerd in digitaal ontwerpen en produceren, juicht de ontwikkeling van 3D-betonprinten toe, maar is ook kritisch. Hij ziet 'de beloftes nog niet volledig ingelost worden'. “Men zegt dat het goedkoper is dan traditioneel bouwen; mijn ervaring is dat dat vooralsnog niet het geval is. Ook wat betreft duurzaamheid zijn we er nog niet. Er zit vaak meer cement in de mix dan bij traditioneel beton, en er zijn meestal hulpconstructies nodig om bouwwerken dragend te krijgen. Dat levert hybride gebouwen op, waarbij soms wordt ingeleverd op esthetiek.” Het ontwerp voor de watertaxi-halte wilde Van Beerendonk volledig in beton uitvoeren, maar het voldeed constructief niet. Het moest terug naar de tekentafel, en daar eindigde het uiteindelijk. “Bij een ander project, voor een woonhuis, liepen we aan tegen koudebruggen; detailleren van geïsoleerde 3D-betonconstructies is erg lastig.” Niettemin is hij enthousiast over de ontwikkelingen op het gebied van 3D-betonprinten. “Het biedt unieke mogelijkheden die kunnen leiden tot extra architectonische kwaliteit en andere voordelen. Daarvoor moeten we wel eerst door de experimenteerfase heen.”

Toegevoegde waarde

Zijn voorlopige conclusie: complete 3D-betongeprinte gebouwen maken is in Nederland niet zinvol. “Ik zie woningbouw wel voor me in landen onder de evenaar, waar geen isolatie nodig is. Ten opzichte van de woonkwaliteit die huizen daar nu hebben, is de meerwaarde ook veel groter.” Hier schuilt de toegevoegde waarde volgens hem in de mogelijkheid om expressieve vormen te maken. “Maar je moet wel goed weten welke vormen mogelijk zijn met 3D-printers, en in welke context dat meerwaarde oplevert.” Twee recente decoratieve projecten, voor een winkelpui in de Amsterdamse P.C. Hooftstraat en een poortgebouw in Delft, realiseerde de architect met 3D-geprinte geglazuurde keramiek. “We hebben die ontwerpen als Design&Build-projecten gerealiseerd, van architectonisch ontwerp tot productie en montage. Want als je wilt innoveren, moet je ook anders ondernemen. Iedere opdrachtgever vindt 3D-geprinte plannen geweldig, denkt: wauw, maar ook: wil ik dat risico nemen?” Van Beerendonk is trots dat deze ontwerpen werkelijkheid zijn geworden, en nu vervolgopdrachten opleveren, onder andere in Los Angeles en Dubai. “Er is zeker een markt voor 3D-betonprinten, maar ik denk vooralsnog dat het een niche blijft; een manier om het ambacht van vroeger op een hedendaagse manier terug te brengen in de architectuur.”