3D printen: een huis bouwen binnen 24 uur

Berok Khoshnevis, hoogleraar Industrial & Systems Engineering aan de Universiteit van Zuid-Californië in Los Angeles, experimenteert sinds 1995 met printtechnieken, eerst op kleine schaal met kunststoffen en keramiek, maar nu ook grote objecten, waarbij hij betonspecie als constructiemateriaal gebruikt.

Laagje voor laagje printen

Cruciaal onderdeel van het gepatenteerde procedé is de tijdelijke stalen portaalconstructie, die rijdt over twee rails aan weerszijden van de woning in oprichting. Deze bouwmachine is voorzien van een beweegbare printkop ofwel spuitstuk en een robotarm die voorwerpen kan plaatsen. De houder van de printkop kan, net zoals de robotarm, horizontaal bewegen langs de brugconstructie (portaalkraan). Doordat het spuitstuk en de robotarm ook verticaal kunnen bewegen, zijn de drie dimensies (x,y en z) ondervangen.

Mobiele portaalconstructie

Een woning verrijst onder de mobiele portaalconstructie, doordat betonspecie laagje voor laagje (25 tot 100 mm dikte) wordt verpompt en geëxtrudeerd via het beweegbare spuitstuk. De dichte, geperste betonspecie kent een pasta-achtig karakter en is voorzien van koolstofvezelwapening, die een gedeelte van de trekspanningen opneemt in de gebruiksfase van de woning. Aan het spuitstuk zitten een soort troffels vast die de betonspecie vormen en effenen. De in lagen aangebrachte betonspecie zakt nauwelijks in en hardt snel uit. Zonder toepassing van bekistingsplaten verrijzen zo de wanden en ontstaat een casco. Door meerdere spuitstukken tegelijkertijd te gebruiken is het bijvoorbeeld mogelijk om in één arbeidsgang zowel het binnen- als buitenspouwblad van een holle wand te maken en de holtes te vullen met EPS korrels. Khoshnevis koos voor holle wanden vanwege het lichte gewicht en de materiaalefficiency. Door een ander spuitstuk te plaatsen en deze te koppelen aan een pomp en een reservoir kunnen de wanden geverfd worden, na het uitharden van de betonspecie.

Casco, inbouw én afbouw

De mechanische arm plaatst de geprefabriceerde elementen zoals leidingen, installatie-units, lateien en vloerpanelen. Deze onderdelen passen in inkepingen in het betoncasco. Extra wapeningsstaven worden, waar nodig vanwege de spanningen, in de verse betonspecie gedrukt. Het plaatsen van de kant-en-klare elementen gebeurt parallel aan het printen van de betonconstructie. De mechanische arm kan ook leidingen lassen. Het bevestigen van de ramen en deuren, die door de robotarm worden voorgehangen, vereist nog wel menskracht op de bouwplaats.

De aansturing van de mobiele brugconstructie met robotarm en het beweegbare spuitstuk gaat op basis van CAD/CAM technieken. Het is de bedoeling dat het ontwerp van welke architect ook, zonder tussenkomst van mensen, direct door een programma omgezet wordt in aansturing voor de bouwmachine, bestelling en verdere verwerking van de juiste materiaalhoeveelheden. Allerlei vormen behoren tot de mogelijkheden, zoals afgeronde vlakken.

Voor een filmpje over Contour Crafting, klik hier.