Is 3D-printen de toekomst van de bouwsector?

Het afgelopen decennium was er sprake van een snelle evolutie in de bouwsector, waarbij innovaties zoals Building Information Modelling (BIM), cloud-gebaseerde bouwsoftware en offsite bouwen een volledig nieuw tijdperk inluidden. Deze innovaties zorgen niet enkel voor een efficiënter bouwproces en meer samenwerking, maar ook voor de komst van nieuwe tools en technologieën.

3D-printen als concreet voorbeeld. 

3D-printen (of additive manufacturing) heeft veel toepassingsmogelijkheden, met name in de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en de medische sector, waar het wordt gebruikt om: 

  • complexe geometrische onderdelen te produceren.
  • prototypes aan te maken.
  • op maat gemaakte implantaten en tools te vervaardigen.


Hoewel 3D-printtechnologie nog steeds in haar kinderschoenen staat, houdt ze een grote belofte in voor de bouwsector. Er worden nu al complete gebouwen op een meer duurzame en arbeidsvriendelijke manier gebouwd, in slechts een fractie van de gebruikelijke bouwtijd. Volgens een studie van SmarTech zal deze sector tegen 2027 een indrukwekkende omzet van 40 miljard dollar genereren.

In dit artikel gaan we dieper in op de werking van deze technologie, haar ontwikkeling, en haar vermogen om de wereld van de architectuur, engineering en bouw (AEC) te transformeren.

Hoe wordt 3D-printen gebruikt in de bouwsector?

3D-bouwprinters werken op dezelfde manier als uw desktopprinter. Ze worden aangestuurd door software die de printer instructies geeft over de specificaties van het eindproduct. Om 3D-gebouwen te printen, kunt u CAD-software of BIM-programma's gebruiken. Deze worden gebruikt om machines te programmeren en gebouwen laag voor laag op te bouwen.  

Het bouwproces kan op twee verschillende manieren plaatsvinden:

Op locatie:

Met behulp van een 3D-printer en een robotarm kunt u volledige structuren op locatie bouwen. In veel gevallen wordt een combinatie van handmatige en geautomatiseerde processen gebruikt. Het 3D-printen van beton beslaat het grootste deel van het project.

Offsite

Bij deze methode worden verschillende bouwonderdelen offsite (bijvoorbeeld in een fabriek) geprint en naar de werf vervoerd. Daar worden ze later gemonteerd. 

Niet alle sectoren van het 3D-printen van gebouwen groeien even snel. Hieronder staan enkele voorbeelden.

Populaire bouwmethoden voor 3D-printen

Extrusion 3D printing

3D-printen met extrusietechnologie, ook bekend als Fused Deposition Modeling (FDM), houdt in dat thermoplastisch materiaal door een mondstuk wordt gespoten en in lagen wordt aangebracht om een 3D-structuur te creëren. Deze technologie wordt vaak gebruikt bij bouwwerkzaamheden op locatie en werkt met producten zoals geopolymeer, beton, cement, klei en gips.

3D-printen met kunststofpoeder

Bij deze methode wordt poeder gebruikt om elke laag van een structuur te maken met vloeistof als bindmiddel. Deze techniek is bijzonder nuttig voor het bouwen van duurzame, lichte en hittebestendige structuren, wat deze techniek zeer populair maakt. 

De meest gebruikte materialen voor 3D-printen in de bouwsector

3D-printen met beton

De voordelen van dit materiaal zijn onder meer de lagere kosten, de geringe arbeidsbehoeften, de hogere bouwsnelheid en de hogere productiviteit. Men ziet meteen waarom 3D-betonprinten een aantrekkelijk alternatief is voor traditionele bouwmethoden. Het is ook goedkoper om dubbelgebogen oppervlakken en organische vormen te creëren. Naar verwachting zal deze sector alleen al in 2027 meer dan 40 miljoen dollar waard zijn.

3D-printen met metaal

Het gebruik van metaal bij 3D-printing maakt het mogelijk om complexere vormen en functionele elementen te creëren via een gecontroleerd verwarmings- en koelproces. In de meeste gevallen wordt het gebruikt om gevelstructuren en andere verbindingen te ontwerpen.

Geschiedenis van 3D-printen

Laten we beginnen bij het prille begin, voordat men überhaupt dacht dat 3D-printen gebruikt kon worden in de bouwsector.

3D-printen begon in de jaren 80 met de uitvinding van een nieuwe technologie: stereolithografie (SLA). SLA maakt het mogelijk om onderdelen laag voor laag te vervaardigen. Een krachtige laser zorgt ervoor dat een vloeibare hars wordt omgezet in een vast eindproduct. De eerste praktische toepassing was de snelle productie van zeer nauwkeurige prototype-onderdelen. In de daaropvolgende jaren werden verschillende nieuwe methoden ontwikkeld, waaronder:

Selectief lasersinteren (SLS) 

Dit is een industrieel 3D-printproces dat structuren aanmaakt door met een krachtige laser kleine deeltjes polymeerpoeder samen te smelten tot één vaste structuur. De technologie werkt door digitaal uitgesneden CAD-modellen laag voor laag over te trekken en ze vanaf het fundament te fabriceren. 

Fused deposition modelling (FDM) 

Dit is de eerder besproken extrusiemethode. Deze printers maken 3D-objecten door een materiaal te verhitten (bijvoorbeeld een thermoplastisch filament). Dit materiaal smelt en wordt vervolgens laag voor laag geëxtrudeerd tot de gewenste vorm. 

Directe metaalafzetting (DMD) 

Deze technologie gebruikt een laser om metaalpoeder laag voor laag om te zetten in een massief metalen voorwerp. 

Met de ontwikkeling van de 3D-printtechnologie zijn ook de toepassingen ervan geëvolueerd. Een van de eerste toepassingen in de architectuur-, ingenieurs- en bouwsector (AEC) was het maken van maquettes van gebouwen en andere constructies. Later, toen BIM aan belangstelling won in de bouwsector, volgde 3D-printing. 

In de jaren negentig experimenteerden verschillende organisaties al met 3D-printtechnologie om modulaire onderdelen of grootschalige projecten te bouwen. Maar pas in de jaren 2000 begon de ontwikkeling op het gebied van 3D-printen voor de bouwsector echt op gang te komen. Hier volgt een kort overzicht van de belangrijkste ontwikkelingen:

2004 - De eerste 3D-geprinte muur

Professor Behrokh Khoshnevis of the University of South Carolina printed an entire wall. His greater goal? To print an entire house! His efforts won him a grand prize of $20.000 from NASA Tech Briefs magazine’s “Create the Future” contest. His entry was aptly named “Robotic Building Construction by Contour Crafting.”

2014 - Bouw van een 3D-geprint grachtenpand

This was the start of a “Research & Design by Doing” project in which an international team of partners got together to work on the ambitious project of printing a full-size canal house in Amsterdam. The goal? To showcase the potential of 3D printed architecture.

2016 - Bouw van een 3D-geprint herenhuis

Dit herenhuis van twee verdiepingen en 4.305 m² werd in slechts 45 dagen gebouwd door het Chinese bedrijf HuaShang Tenda. Nadat het skelet, de waterleidingen en elektrische bekabeling waren aangebracht, werd de rest geprint in beton, met behulp van een CNC-printer. Het huis is naar verluidt aardbevingsbestendig en milieuvriendelijk. Deze verwezenlijking toont opnieuw het potentieel van 3D-printen aan.

2016 - Bouw van een 3D-geprint futuristisch kantoor

Dit gebouw van 2.691 m², waarin de Dubai Future Foundation is gevestigd, werd in 17 dagen tijd gebouwd met behulp van een enorme 3D-printer van 36 x 12 x 6 meter. Een ware mijlpaal in de geschiedenis van het 3D-printen van gebouwen.

Tijdens de daaropvolgende jaren bleef de 3D-printing bouwsector gestaag groeien. Er werden sindsdien grotere en complexere structuren gebouwd. Eerder dit jaar onthulde de stad Nijmegen de langste 3D-geprinte brug, een betonnen constructie met een indrukwekkende lengte van 29 meter.

In 2021 werden ook interessante projecten voltooid, zoals:

De industriële vraag naar 3D-printing in de bouwsector zal blijven groeien. Deze vraag wordt ingegeven door de toenemende behoefte aan rendabiliteit, precisie, reproduceerbaarheid, afvalvermindering en duurzaamheid. 

De voordelen van 3D-printen 

Hier volgen enkele voordelen van 3D-printing voor de bouwsector:

Minder verspilling en meer winstgevendheid

Terwijl conventionele bouwmethoden meestal te veel materiaal gebruiken, gebruikt 3D-printen de exacte hoeveelheid materiaal die nodig is om een bouwwerk te voltooien. Dit vereenvoudigt het bouwproces en zorgt voor minder verspilling. 

Door uw processen gedeeltelijk te automatiseren bespaart u ook op arbeidskosten. 

Projecten worden sneller afgewerkt

3D-bouwprinters kunnen 24 uur op 24 en 7 dagen op 7 werken. Dankzij deze technologie kunnen overal ter wereld in slechts enkele dagen structuren worden gebouwd. Dit is aanzienlijk sneller dan conventionele methoden, waarbij het maanden of zelfs jaren kan duren voordat een gebouw klaar is. 

Duurzaamheid

3D-geprinte structuren kunnen van zuiver organische en milieuvriendelijke materialen worden gemaakt. Tot deze materialen behoren bamboe, klei en zelfs gerecycleerde producten die normaal als afval worden beschouwd. Veel 3D-printers werken ook op zonne-energie, wat de CO2-uitstoot vermindert. 

Flexibiliteit

3D-printing voor de bouw geeft architecten de vrijheid en flexibiliteit om complexe ontwerpen te maken die met conventionele methoden te moeilijk, te duur of te arbeidsintensief zijn (bijvoorbeeld gebogen muren en unieke gevels).

Vermindering van het aantal menselijke fouten

Het automatiseren van het bouwproces met 3D-printing kan het aantal ongevallen dat zich voordoet met conventionele bouwmethoden verminderen. Het vermindert ook het aantal kostbare menselijke fouten. 

De beperkingen van 3D-printen voor de bouwsector 

Zoals de meeste nieuwe technologieën kan 3D-printen voor de bouw nog steeds verbeterd worden. Hier volgen enkele van de huidige beperkingen (en uitdagingen) van deze technologie:

  • De aanvankelijke investering kan duur zijn.
  • Deze technologie vereist specifieke vaardigheden. Weinig mensen hebben voorlopig deze expertise.
  • 3D-geprinte gebouwen vereisen nog steeds handwerk voor loodgieterij, skeletbouw en elektrische aansluitingen.

De wetgeving loopt nog steeds achter als het gaat om 3D-printen voor de bouwsector, waardoor projecten soms vastlopen en beperkt blijven tot het gebruik van traditionele bouwmethoden. 

De toekomst van 3D-printen in de bouwsector

Hoewel 3D-printen voor de bouwsector nog in zijn kinderschoenen staat, is het slechts een kwestie van tijd voordat de juiste ontwikkelingen en wetgeving hun ingang vinden. 3D-printtechnologie heeft immers een enorm potentieel. In combinatie met BIM zijn de mogelijkheden voor de bouwsector werkelijk eindeloos. 

De belangstelling, de vraag en het bewustwordingsproces zullen ongetwijfeld blijven toenemen naarmate 3D-printprojecten sneller, duurzamer en met minder verspilling opgeleverd worden. Veel bedrijven experimenteren nu al met 3D-geprinte structuren die gebruik maken van materialen zoals modder, gerecycleerd plastic en bamboe

Kostenefficiëntie is ook een belangrijke factor. Veel mensen hopen dat betaalbare 3D-geprinte woningen het woningtekort helpen oplossen. De snelheid en efficiëntie van 3D-printen maakt het ook een aantrekkelijke oplossing voor rampenbestrijding, vluchtelingenopvang en sociale infrastructuur (bijv. scholen) voor mensen in nood.


There’s even been talk of the potential of 3D printed structures in space. In 2019, NASA awarded $2.061.023 to the winners of its 3D-Printed Habitat Challenge. A multi-phase challenge that involved creating a 3D-printed habitat for deep space exploration.

Met zoveel spannende vooruitzichten aan de horizon is het vrijwel zeker dat 3D-printen een belangrijke rol zal spelen in de toekomst van de bouwsector.  

Download Press Release
Auteur:
Harald Mulder
Sales Specialist