Fantasie voor Vlaamse bouwsector: 3D-betonprinten

Vormvrijheid als groot voordeel van 3D-printen

Op Kamp C in Westerlo, het Antwerpse provinciaal centrum voor duurzaamheid en innovatie in de bouw, heeft de grootste 3D-betonprinter van Europa in één stuk een volledig huis met verdieping geprint. Dat is een wereldprimeur. 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.

Als één geheel

Wereldwijd staan er al meer geprinte woningen. Het acht meter hoge huis – of huisje – in Westerlo telt twee niveaus, samen goed voor een vloeroppervlakte van 90 vierkante meter. ‘Dit is de omvang van een gemiddelde Kempense rijwoning,’ zegt Emiel Ascione, projectverantwoordelijke op Kamp C. ‘De woningen die wereldwijd al geprint zijn, hebben slechts één niveau. Bovendien zijn ze vaak in delen in de fabriek geprint en op de bouwplaats geassembleerd. Wij hebben de volledige gebouwschil als één geheel op de site geprint.’

Het huis werd geprint met 668.320 euro steun van EFRO (Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling). Naast de provincie Antwerpen (goed voor 723.000 euro), Universiteit Gent en hogeschool Thomas More en architectenkantoor Trias hebben drie Kempische bouwbedrijven (Van Roey, Etib / Concrete House en Beneens) er als projectpartners hun schouders onder gezet.

Vlaanderen meetrekken

De woning is een demogebouw dat de technieken en mogelijkheden van het 3D-printen zoveel mogelijk wil tonen. De projectpartners willen de bouwsector warm maken om 3D-betonprinten te implementeren in hun bouwtechnieken. ‘3D-printen in de bouw is overal in de wereld sterk in opmars, maar in Vlaanderen is dit nieuw,’ stelt provinciaal 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, er is een toenemende vraag naar kwaliteitsvolle en betaalbare woningen… Nieuwe technologieën, zoals 3D-betonprinten, kunnen daar mee een antwoord op  bieden. Daarom creëerden we deze locatie waar bedrijven uit de bouwsector samen met onderzoeks- en onderwijsinstellingen volop met het 3D-printen kunnen experimenteren.’

“De druksterkte van het materiaal is drie keer hoger dan die van de traditionele snelbouwsteen,’ aldus Marijke Aerts, projectverantwoordelijke op Kamp C uit. ‘Dit eerste huis is een testgebouw en er zal onderzocht worden 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 het materiaal, (transport)tijd en geld uitgespaard. Zo zou een woning in de toekomst in twee dagen geprint kunnen worden. Het printen van de demowoning heeft langer geduurd, doordat de studenten van Thomas More, die de printer bedienden, naar hartenlust mochten experimenteren. Ze moesten 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 een dikte van ongeveer een centimeter 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.

Tijdens de voorafgaande experimenten en gedurende het bouwproces moesten de studenten nog andere zaken optimaliseren, zoals de precieze samenstelling van het betonmengsel en de omvang van de gebruikte granulaten. De tien meter hoge en even brede betonprinter kostte ongeveer een half miljoen euro. Toen Kamp C hem bestelde bij de Deense fabrikant Cobod was hij de grootste ter wereld. Maar nog voor het printen in Westerlo van start ging verkocht Cobod een nog grotere printer aan Saoedi-Arabië.

Toekomst

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 ook zien bij gegoten betonnen kelders. Om die reden kunnen we ook 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 is mogelijk dat weg te werken 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.

Kostenplaatje

Kortom, het kostenplaatje van een geprinte woning kan nog altijd erg duur uitvallen. Het grote voordeel van 3D-betonprinten ligt dan ook op een ander vlak. “Het biedt een totale vormvrijheid’, onderstreept Peter-Paul van den Berg, directeur van Kamp C. 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,’ zegt Alex Van Olmen, zaakvoerder van Concrete House. Zijn bedrijf gaat zich volgend jaar een eigen betonprinter aanschaffen.

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 ook niet te gaan voordoen in het printen van volledige woningen maar in de prefabricage van betonnen elementen. Momenteel is prefab vooral een toepassing voor grote reeksen identieke elementen, maar bij 3 D-printen kan elk element een unieke individuele vorm krijgen. ‘Zonder dat dit de productiekosten beïnvloedt,’ aldus Van Olmen.

Wildwaterglijbaan

De demowoning op Kamp C – dat zijn naam ontleent aan de vroegere Britse militaire basis op die plaats – zal geen bewoners krijgen. Het project vormde wel de aanleiding tot een praktische realisatie, die in september 2020 voltooid moet zijn. Bouwbedrijf Van Roey trekt in Deurne een nieuwe ‘sportoase’ op, met daarin ook een lange wildwaterglijbaan. Antonie Damad, een van de studenten die de printer in Westerlo bediende, volbracht zijn stage bij Van Roey. Hij stelde voor om deze kronkelige waterglijbaan te bouwen met op maat geprinte elementen.

Daardoor viel de kostprijs niet hoger uit dan die van rechte betonelementen. 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 wel over de grens aankloppen, bij een betonfabrikant in het Nederlandse Eindhoven.

Koen Mortelmans :Koen Mortelmans is historicus en freelance journalist. Een overzicht van zijn werkzaamheden vindt U op www.koen.mortelmans.com.