Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - Toch is het onwaarschijnlijk dat het Vlaamse landschap snel zal worden verrijkt met geprinte huizen. Wel staat de deur vanaf nu open voor meer verbeelding in de architectuur en automatisering van bouwtechnieken. Dat toont ook de metselrobot die Handsaeme Machinery in Izegem ontwikkelde.
Wereldwijd staan er al meer geprinte woningen. Het 8 m hoge huis of huisje in Westerlo telt twee niveaus, samen goed voor een vloeroppervlakte van 90 m², de omvang van een gemiddelde Kempense rijwoning. Het huis werd geprint met financiële steun van het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling en de provincie Antwerpen. Naast Universiteit Gent, hogeschool Thomas More en architectenkantoor Trias schraagden drie Kempische bouwbedrijven (groep Van Roey, Etib/Concrete House en Beneens) het project.
Demogebouw
De woning is een demogebouw dat de technieken en mogelijkheden van het 3D-printen zoveel mogelijk wil tonen. "3D-printen in de bouw is overal in de wereld sterk in opmars, maar in Vlaanderen is dit nieuw", stelt Antwerps deputé en voorzitter van Kamp C
Kathleen Helsen. "We staan nochtans voor onwaarschijnlijke uitdagingen: het verbruik van materialen en energie moet verminderen, we moeten werk maken van CO2-reductie, de afvalstroom moet kleiner ... Daarom creëerden we deze locatie waar bedrijven uit de bouwsector samen met onderzoeks- en onderwijsinstellingen volop met het 3D-printen kunnen experimenteren."
Marijke Aerts, projectverantwoordelijke op Kamp C vult aan: "De druksterkte van het materiaal ligt drie keer hoger dan die van de traditionele snelbouwsteen. Dankzij dit testgebouw kunnen we nagaan of de stevigheid behouden blijft in de loop van de tijd."
Naast de vezels die in het beton zitten, werd slechts minimale krimpwapening gebruikt. De overspanningen van de raam- en deuropeningen bestaan uit metalen traanplaten. Die ondersteuning is noodzakelijk tijdens het printen zelf, omdat een 3D-printer (nog) niet in het ijle kan printen. Na uitharding volstaat de draagkracht van het beton zelf.
Besparen op materiaal
De printtechniek maakte de bekisting van het beton overbodig. Hierdoor wordt veel materiaal, (transport)tijd en geld uitgespaard. Zo zou een woning in de toekomst in twee dagen geprint kunnen worden. De studenten van Thomas More, die de printer bedienden, moesten op experimentele wijze onder meer uitvissen met welke snelheid de printkop moest werken. Het beton mag immers niet te snel of te traag uitharden.
Het printen gebeurt laag na laag, de verschillende laagjes met en dikte van ongeveer 1 cm moeten zich aan elkaar kunnen hechten. Zodra het printen een routine is, zou het mogelijk zijn de printer te besturen vanuit het kantoor van de aannemer in plaats van op de bouwplaats.
Voor en tijdens het bouwproces moesten de studenten ook de precieze samenstelling van het betonmengsel en de omvang van de gebruikte granulaten optimaliseren. De 10 m hoge en even brede betonprinter kostte ongeveer een half miljoen euro. Toen Kamp C hem bestelde bij de Deense fabrikant Cobod was het de grootste ter wereld. Maar nog voor het printen in Westerlo van start ging verkocht Cobod een nog grotere printer aan Saoedi-Arabië.
Uitdagingen
De initiatiefnemers zien wel een toekomst in 3D-betonprinten, zij het niet in het printen van een kant- en klare ruwbouw. "Door het temperatuurverschil tussen het betonmengsel en de omgeving ontstaan er krimpscheurtjes, zoals we dit zien bij gegoten betonnen kelders. Om die reden kunnen we in heel wat weersomstandigheden niet printen. Bij de demowoning is dit opgelost door rondom de printzone met lege containers een tijdelijke hal te bouwen.
"In de Arabische wereld worden tijdens het bouwproces wel massaal apparaten opgesteld om de luchtvochtigheid en de omgevingstemperatuur op het gewenste peil te houden." Naast de mogelijke krimpscheuren moeten er nog andere kinderziektes worden overwonnen. Zo vertonen de geprinte muren het ribbelpatroon van het printen in opeenvolgende laagjes.
Dit kan je zien als een esthetisch kenmerk, maar net zo goed als een ongewenste factor. Het kan worden weggewerkt door het achteraf aanbrengen van specifieke afwerkingsmaterialen. Het uitrusten van de printer met slabben die meteen na het printen de wanden egaal strijken leverde vooralsnog niet de gewenste resultaten op.
Toekomst in prefab
Het printen van rechte muren is momenteel niet goedkoper dan een traditionele bouwmethode. De snelste uitbreiding van 3D-betonprinten lijkt zich in de praktijk dan te gaan voordoen in de prefabricage van betonnen onderdelen. Momenteel is prefab vooral een toepassing voor grote reeksen identieke rechte elementen, maar bij 3D-printen kan elk afzonderlijk element een unieke individuele vorm krijgen.
"Zonder dat dit de productiekosten beïnvloedt", aldus Alex Van Olmen, zaakvoerder van Concrete House. "Betonprinten biedt een totale vormvrijheid. De studenten van Thomas More hebben dit in de praktijk gebracht door verschillende muren een gekromde vorm te geven. Bij traditioneel bouwen vergden deze en andere fantasierijke vormen een hoger bouwbudget. Nu kunnen de architecten hun creativiteit volop uitleven zonder dat deze vormvrijheid nog een meerkost met zich meebrengt.”
Investeringsbeslissingen genomen
Van Olmen zijn bedrijf investeert in een eigen betonprinter. "We hebben drie offertes aangevraagd," vertelt hij. "Een voor een portaalprinter zoals in Kamp C, een voor een hydraulisch aangedreven printer en een voor een printrobot, vergelijkbaar met een robot in de automobielindustrie. Intussen blijven we testen uitvoeren op de ideale samenstelling van de mortels en op het aanbrengen van wapening en vezels, zonder het printproces te beïnvloeden. Die polypropyleen vezels zijn essentieel om de krimp van het beton te beperken en de treksterkte te verbeteren."
Etib/Concrete House heeft ook een bouwaanvraag ingediend voor een nieuwe productiehal, met het oog op het printen van betonelementen. "Samen met Vanhout uit Geel hebben we een marktonderzoek opgestart, waarin we peilen naar de belangstelling naar de futuristische vormgeving die geprint beton mogelijk maakt.” Speciale vormen in gebouwwerken kunnen nu al gerealiseerd worden met bijvoorbeeld cellenbeton, dat dan in de gewenste vormen wordt verzaagd. "Dat klopt, maar dit vereist wel veel meer manuele arbeid dan geprinte betonelementen en de recyclage van het afval is een flinke logistieke klus."
Metselrobot
Er worden nog meer nieuwe bouwtechnieken ontwikkeld. Zo trekt aannemer Ladrillo (Wortegem-Petegem) met een metselrobot van Handsaeme Machinery (Izegem) in Harelbeke een nieuwe woning op. Begin april gaat hij aan het werk in een kleine verkaveling in Courcelles. Deze robot pikt de bak-stenen op en zet ze op de juiste plaats. Handsaeme speelt hiermee in op het tekort aan goed opgeleide metselaars in Vlaanderen.
"We kregen het idee aan-gereikt door twee jonge ondernemers, Jens Verbrugge en Thibo Lidou", zegt bedrijfsleider Olivier Handsaeme. "Traditioneel moet je voor zo'n gebouw zeven metselaars inzetten, maar dankzij de robot zijn twee metselaars voldoende, ze moeten alleen de mortel op de juiste plaats aanbrengen en de stenen op een plateau plaatsen." Hij hoopt ooit een robot te kunnen ontwikkelen die ook de mortel aanbrengt. "Metselrobots zullen vooral de werkomstandigheden verbeteren. Sleuren met zware stenen zal tot het verleden behoren."
Grotere nauwkeurigheid
Volgens Handsaeme bereikt de metselrobot een grotere nauwkeurigheid dan mensen. "Daardoor kunnen ramen en deuren vooraf worden gemaakt en duurt het hele bouwproces minder lang. De robot wordt niet ziek en neemt geen vakantie. Ongunstig weer blijft wel een probleem, niet voor de robot, maar voor de cement." Hij ziet ook een voordeel ten opzichte van gemetselde prefab wanden. "Het transport daarvan is duur en alleen mogelijk binnen bepaalde afmetingen en tot een bepaald gewicht. Ze zijn duurder in productie."
Hij geeft wel toe dat de mogelijke kostenvermindering dankzij een robot beperkt blijft. In de praktijk moesten er heel wat problemen worden overwonnen. "Ik denk aan het werken bij verschillende temperaturen, zodat de uitzetting van de machine verschilt. Of cement die door zijn druk de positie van de stenen kan wijzigen. We hebben tijdens de ontwikkeling van de robot dan ook flink wat gebrainstormd met ervaren metselaars, om hun vakkennis te kunnen integreren." Het duurde ongeveer anderhalf jaar voor de robot op punt stond.
Halfsteens
Handsaeme weet dat er wereldwijd meer dergelijke experimenten plaatsvinden. "Bijvoorbeeld in de Verenigde Staten en in Australië. Maar onze robot is wel de enige die binnen- en buitenmuren met spouw en isolatielaag tegelijk plaatst." Momenteel kan de robot alleen in halfsteens verband metselen. "Andere metselverbanden kan hij aan zodra hiervoor de juiste software is geschreven."
Door Koen Mortelmans
Kader: Wildwaterglijbaan
Momenteel bouwt Van Roey in Deurne een nieuwe Sportoase, met daarin een lange en kronkelige wildwaterglijbaan. De op maat geprinte betonelementen fungeren er als verloren bekisting. De verbeelding, de inspiratie en het tekenwerk mogen dan wel Vlaams zijn, voor het uitprinten van de gekromde elementen, met individuele maatvoeringen, moest Van Roey over de grens aankloppen, bij een betonfabrikant in Eindhoven. "Het maken van gekromde muren is traditioneel zeer duur, met veel materiaalverliezen in het maken van de bekisting", stelt Jona Michiels, procesmanager innovatie bij Van Roey.
"Omdat het op papier om slechts een beperkte meerkost ging leende dit project zich goed als testcase. De meerkost bleek in werffase wat hoger te liggen. Dat is normaal voor een eerste experiment. We bekijken nu in welke toepassingen we het betonprinten opnieuw zouden toepassen. Toch nemen we voorlopig een afwachtende houding aan. Voor andere projecten wegen de kosten (zoals de extra schoringen) niet op tegen de voordelen. Bovendien kan de fabriek op dit ogenblik slechts elementen tot 1,5 m hoog printen. Ze in twee fasen printen leidt tot verzwakkingen op de scheidingslijn tussen de fasen, gevolgd door beschadigingen tijdens het transport. Eventueel kan een opstelling van de printer op een verstelbaar verhoog de omvangbeperking wel verminderen. Een andere optie blijft om de elementen op de bouwplaats te printen met een speciaal daarvoor uitgeruste 3D-printer."
