De evoluties van 3D-printen in de bouw in kaart

Hoe en wanneer is 3D-printen in de bouw ontstaan?

Emiel: “Over het algemeen wordt de Iraans-Amerikaanse prof. Behkrokh Khosnevis beschouwd als de ‘grootvader van het 3D-printen in de bouw’. Hij kwam op het einde van de jaren 1990 op de proppen met het concept ‘Contour Crafting’. Hij ging uit van het bestaande gebrek aan veilige en betaalbare woningen en zag dat de klassieke bouwmethodes doorgaans traag, arbeidsintensief, gevaarlijk, afval genererend en kostelijk zijn (ze gaan steeds over het oorspronkelijke budget). Met het concept van ‘Contour Crafting’ stelde hij daar een geautomatiseerde bouwmethode tegenover die erg lijkt op wat we vandaag de dag 3D-printen in de bouw noemen:

Het betreft een eenvoudige constructie bestaande uit een portiek op rails waarop een stort/printkop kan bewegen verbonden met een betonpomp, maar ook andere hulpmiddelen op kunnen worden voorzien. Het geheel beweegt op rails en kan zo serieel huizen gaan printen. Het wordt door één operator bediend. Dit is voor alle duidelijkheid een concept, ‘Contour Crafting’ heeft voor zover we weten nog steeds geen commerciële toestellen beschikbaar, maar het lijkt bijvoorbeeld al wel erg op wat Icon nu doet in Mexico.

Op zich is dit idee niet per se spectaculair, maar zoals Victor Hugo zei: ‘Rien n’est plus fort qu’une idée dont l’heure est venue’, dit betekent ‘niets is zo krachtig als een idee waar de tijd rijp voor is’. Dat moet ook William E. Urschel ondervonden hebben toen hij in 1941 de ‘Urschel wall building machine’ patenteerde.

Hoe is 3D-printen in de bouw in de tijd en technisch geëvolueerd?

Emiel: “Deze grafiek brengt de evolutie min of meer in kaart. 

Aanvankelijk kende het een gezapige start, de eerste resultaten werden bereikt in geconditioneerde omstandigheden in onderzoeksinstellingen. Gaandeweg echter begint het aantal projecten toe te nemen en groeien ze ook in kwaliteit en omvang. De curve begint echt exponentieel te stijgen vanaf 2015. In de grafiek zijn maar data opgenomen tot 2018, maar moesten de recentere data worden toegevoegd zou dit een nagenoeg verticale lijn zijn. Quasi wekelijks zien we berichten verschijnen van nieuwe projecten en nieuwe mijlpalen die bereikt worden. Momenteel vindt er ook een echte transitie plaats van de meer iconische, unieke projecten naar marktklare, economisch rendabele toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan de appartementen en woningen voor de commerciële verkoop die momenteel in Nederland en Duitsland gerealiseerd zijn.

De technische evoluties zijn er uiteraard ook geweest, maar deze zijn mijns inziens niet primerend geweest voor de doorbraak. Veel van deze techniek bestond reeds in andere sectoren en het was dan ook een kwestie van implementatie eerder dan nieuwe zaken te moeten bedenken.”

3D-printen in de bouw lijkt in een stroomversnelling op mondiaal vlak. Klopt dit en in welke landen zijn ze hier al mee bezig? Welke voorbeelden zijn volgens jouw spraakmakend en waarom?

Emiel: “Dat klopt zeker, het gaat overal hard. De commerciële printfabrieken die er al in Nederland waren hebben het drukker dan ooit. Op dit ogenblik is Weber Beamix bezig aan de bouw van de langste betongeprinte voetgangersbrug ter wereld met een overspanning van 30 meter. In Duitsland zijn een appartementsgebouw met 3 verdiepingen en een woning met 2 verdiepingen on site geprint. In Canada plant met een eerste geprinte wijk, in Afrika wil men scholen gaan printen, in India werd recent een woning met 2 verdiepingen gerealiseerd …

Het is een te lange lijst om volledig op te sommen, maar het boeiende van deze projecten is dat zij allemaal op een bepaalde manier vernieuwend zijn en dat er in de synthese van deze projecten nog mooie opportuniteiten liggen.

Ook in België is er al enige beweging merkbaar, zij het wat minder in het oog springend. Eén dezer dagen start de bouw van een woning waar een combinatie van geprinte wanden en houtskeletbouw zal gebruikt worden. Verschillende onderzoeksinstellingen zetten er op in, bijvoorbeeld de Universiteit Gent, en we weten dat verschillende ondernemingen de mogelijkheden aan het onderzoeken zijn.”

Hoe is het experimenteren met de printer geëvolueerd op Kamp C?

Emiel: “Dat is enorm snel gegaan. Omstreeks februari 2019 was onze printer up and running. Na een korte training door de fabrikant zijn we dan van start gegaan. We zijn volledig van nul moeten beginnen, zonder kennis van de hardware, de software, laat staan van de materialen. Toch stond er minder dan een jaar later een geprinte ruwbouw op Kamp C. Als je weet dat de studenten maar één dag in de week printen en uiteraard ook blokperiodes en zomerverlof hebben, is dat indrukwekkend. Een nieuwe lichting werd in het najaar van 2020 opgeleid door 2 studenten uit de vorige lichting en tracht vandaag de grenzen wederom te verleggen.”

Heb je nog iets toe te voegen over het project KIEM dat de marktintroductie van 3D-printen in de bouw tracht te versnellen?

Marijke: “Flam3D, samen met 16 andere organisaties, deed vorig jaar een industriebrede enquête over Additive Manufacturing. Hieruit blijkt dat 3D-printen in het algemeen aan een onomkeerbare opmars bezig is. Toch blijkt het potentieel nog niet groot genoeg, zeker gezien de decennialange expertise, de aanwezigheid van enkele wereldspelers in Additive Manufacturing en het grote aantal goedgekeurde patentaanvragen.

Het struikelblok zit in het identificeren van valabele business cases. Dat blijft de grootste uitdaging voor de groei in de sector. KIEM, het Europees gesubsidieerd project, dat momenteel lopende is op Kamp C, zet net hierop in. Er wordt ingezet op een grote en brede kennisdeling en bedrijven worden geïnspireerd om in te zetten op de 3D-betonprinttechnologie. Er wordt onderzocht welke barrières nog bestaan om over te gaan tot rendabele business cases. KIEM tracht de markintroductie alvast mee te versnellen.”

Foto's: Emiel Ascione en Marijke Aerts, Projectverantwoordelijken bij Kamp C + 3D-betonprinter