Prachtige 3D-Beton geprinte gevelelementen op zand zijn ook nog eens duurzaam

Beton wordt in de architectuur geroemd om zijn vormvrijheid, maar nog lang niet alle vormen zijn haalbaar. De beperkingen hangen onder andere samen met of er mallen voor te maken zijn. TU Eindhoven, Neutelings Riedijk Architecten en Vertico hebben met 3D-printen in dubbel gecurvde mallen van zand een volgende stap gezet naar een grotere vormvrijheid en ook meer circulariteit.

,,Veertig procent van het afval is gerelateerd aan de bouw”, zegt prof. ir. Juliette Bekkering, hoogleraar Architectual Design and Engineering aan de TU/Eindhoven en partner van Neutelings Riedijk Architects. Vanuit TU/Eindhoven was ook dr. ir. Cristina Nan nauw betrokken bij het project.,,Als we het doel van een volledig circulaire economie in 2050 en vijftig procent circulair in 2030 willen halen, zullen we als een dolle aan de slag moeten. Bijvoorbeeld met dit soort technieken.” Bouwen met biobased materialen is volgens haar goed, maar lost niet alles op. ,,Beton is een mooi en veelgebruikt materiaal. We zullen stappen moeten nemen om dat duurzamer en meer circulair te maken.”

‘Als een dolle aan de slag’

,,Het maken van houten of stalen mallen en ze daarna weggooien is dat niet. We hebben bedacht om materiaal te gebruiken waarop je beton kunt printen en dat eenvoudig opnieuw te gebruiken is. Dat werd zand. Daar kun je allerlei vormen mee maken. Met materialen als rubber kan dat ook, maar dat is zeer arbeidsintensief. Bovendien kun je zo’n mal haast niet wijzigen en is het niet circulair. Met zand kan dat heel eenvoudig.”

Betonprinten in zand 

In het project gingen de deelnemers op zoek naar de grenzen van betonprinten in zand. ,,Op dit moment wordt er ook wel beton geprint, maar daarbij wordt volgens ons niet gekeken naar wat er  allemaal mee kan. Wat zijn de architectonische mogelijkheden, wat kunnen we hier als architecten en als ontwerpers mee?” Ze vervolgt: ,,Er wordt veel onderzoek gedaan naar tweedimensionaal printen, terwijl je ook de mogelijkheden hebt met driedimensionaal. We moeten 3D-printen niet gebruiken om dingen te maken alsof ze van gegoten beton zijn. Met printen introduceer je een nieuwe manier van maken, een nieuwe vormvrijheid.”

Bloemen en bladeren

Toen duidelijk was dat mallen van zand voldeden, concentreerde het onderzoek zich op het bedenken van patronen. ,,Daarbij moesten we rekening houden dat er in een ononderbroken lijn geprint moest worden en dat de lijnen elkaar niet kruisen, omdat je anders een hobbel krijgt. Zo kwamen we op bloem- en bladerachtige patronen in de vorm van een schild. Die schilden kun je op verschillende manieren aan elkaar koppelen en bijvoorbeeld als gevelelementen toepassen.” Zand is ideaal materiaal om als basis te dienen. ,,Je kunt het machinaal vormen met een spatel op een robotarm en het heeft met toevoeging van een bindmiddel voldoende stijfheid om het beton te dragen. Zand en bindmiddel zijn na gebruik weer eenvoudig te scheiden”, zegt Bekkering.

Speciale spatel ontwikkeld

Voor het onderzoek werd er speciaal een spatel ontwikkeld om de mal te vormen. Het was volgens haar nog wel ‘een heel gedoe’ om de mallen met de spatel goed vorm te geven. ,,Je krijgt altijd randjes, dus we moesten de spatel er telkens overheen laten gaan om die onbedoelde randen weg te werken. Ook was het zand zwaarder dan we dachten.” De volgende stap was het daadwerkelijke printen op het zand. Dat gebeurde met een robot die het beton snel achter elkaar op de vijf zandmallen printte. Daar deed de printer ongeveer twee minuten per mal over. In totaal werden in twee sessies tien schalen geprint.

‘Iedereen vindt ze prachtig’

,,We puffen nu nog even uit van het onderzoek, maar in de tweede fase willen we graag een frame printen waarin we de elementen kunnen plaatsen.” De elementen liggen op de TU in Eindhoven en zijn ook te zien geweest op de Dutch Design Week. ,,Iedereen vindt ze prachtig en wil weten of ze al ergens toegepast zijn”, zegt Bekkering. Maar dat is dus de volgende stap. ,,Het mooiste zou zijn als er een betonproducent met ons zou willen samenwerken om verder te gaan. Het is heel interessant om nader te onderzoeken hoe het verder werkt en hoe we deze elementen in de bouw kunnen toepassen. We zijn al heel duurzaam omdat er geen afval van mallen is en je bijna geen beton verspilt. Maar het kan nog duurzamer. Bijvoorbeeld door gerecycled beton te gebruiken.”

Meer informatie:

Design research into the possibilities of 3D concrete printed facades

Dossier Beton en 3D-printen