Additive manufacturing, of 3D printen, kent over de afgelopen 15 jaar een sterke ontwikkeling met verschillende applicaties. Naast het gangbare 3D printen met kunststof, komen er steeds meer nieuwe materialen bij zoals metaal, zand en organisch materiaal. Voordelen om te kiezen voor een 3D printtechniek zijn vormvrijheid, integratie van verschillende functies in het ontwerp en reductie in materiaal en afval. Deze voordelen geven de mogelijkheid om ontwerpen te maken met beton die voorheen niet mogelijk waren. De 3D betonontwerpen komen steeds verder af te staan van traditioneel ontworpen betonnen constructies in vorm, afwerking en dikte. Aansluiting met bestaande normen die voor traditioneel beton in zowel bouw als civiele toepassingen gelden, zorgen voor nieuwe problemen.
Eén van deze knelpunten is het hijsen van 3D geprinte betonnen elementen. Voor het hijsen van materiaal uit traditioneel beton wordt het materiaal voorzien van hijsankers waarin hijsogen worden gedraaid. Deze hijsankers worden voor het ingieten van het beton in mallen aangebracht en zitten volledig verankerd na het gieten/storten en uitharden van het beton. Voor 3D betonprinten is deze mogelijkheid niet aanwezig. Ankers kunnen niet van tevoren aangebracht worden omdat deze tijdens het printproces in de weg zitten. Op dit moment worden chemische hijsankers, als tijdelijke oplossing, geplaatst door middel van boren in 3D geprinte constructies. Dit heeft echter grote nadelen; er komt veel lawaai en stof vrij en er ontstaan kleine haarscheurtjes in het beton. Daarnaast is het een extra processtap die na het uitharden van het beton moet worden uitgevoerd en druist het boren in een geprinte constructie in tegen het 3D additive manufacturing principe. Gezocht wordt naar een nieuwe methode van het aanbrengen van hijsankers in 3D geprinte elementen.
Huidige hijsvoorzieningen in betonconstructies zijn conservatief en passen niet in de vormvrijheid van 3D beton printconstructie. Het doel van dit project is het ontwikkelen van een hijsvoorziening die specifiek geschikt is voor objecten die vervaardigd zijn met 3D betonprinten.
Saxion is in 2016 met het lectoraat Industrial Design als eerste hogeschool in Nederland begonnen met 3D betonprinten. In het project RAAK MKB Konkreet zijn onder andere een eigen printer, mixer, pompsysteem, aansturingssoftware en receptuur voor beton ontwikkeld. Dit heeft geresulteerd in meerdere case studies waaronder GreenDome en Green Façade. Inmiddels heeft het lectoraat een eigen 3D Betonprintlab. Het lectoraat is inmiddels in staat om kwalitatief hoge en consistente 3D betonprints op te leveren, maar is nog onvoldoende in staat om printer zwaarder dan 50 kg te verplaatsen. Het beoogde resultaat binnen dit project is een getest prototype voor een hijsoplossing. Bij de ontwikkeling van het prototype wordt rekening gehouden met o.a. de volgende eisen en kenmerken:
- De hijsoplossing is toe te passen voor 3D betonprints met een gewicht van 2 tot 5 ton;
- Het aanbrengen van de oplossing is volgens principe van additive manufacturing en niet destructief;
- De manier van aanbrengen is te automatiseren en de oplossing is te certificeren.
Het project is opgedeeld in drie fasen waarbij de volgende onderzoeksvragen centraal staan:
- Wat zijn de knelpunten met de huidige hijsvoorzieningen bij 3d geprinte objecten?
- Vanuit het 3d printproces in productie in fabriek
- Vanuit het 3d printproces in situ
- Vanuit typische 3d print constructies inclusief wanddiktes
- Welke eisen en/of wensen worden gesteld t.a.v.:
- Certificeren en automatiseren van de hijsvoorziening?
- Constructeurs (of constructief doorrekenen) van hijsvoorzieningen?
- ‘de bouw’ en het (werken met) de hijsvoorzieningen?
- De toeleverancier/fabrikant van de hijsvoorziening?
- Op welke niet destructieve manieren zijn er hijsvoorzieningen aan te brengen bij 3D geprinte betonnen objecten?
- Voor het 3D-printproces
- Tijdens het 3D-printproces
- Na het 3D-printproces
- Wat zijn mogelijke interessante concepten en hoe moeten die worden getest?
Antwoord op deze vragen leiden tot een programma van eisen en testplan waarmee een aantal deelconcepten worden uitgewerkt tot een uiteindelijk prototype. Deze zal in de laatste fase van het project volgens het opgestelde testplan worden getest.
Partners
