De complexe puzzel van 3D-betonprinten gevat in een model: van laagjes naar bruggen

12 september 2019

Onderzoeker Rob Wolfs promoveert vandaag op zijn model waarmee het mogelijk werd om betonstructuren te printen van de meest uiteenlopende vormen.

De belofte van bouwen met een 3D-betonprinter is groot: vormvrijheid, gepersonaliseerde ontwerpen, sneller bouwen, en duurzaamheid. Niet gek daarom dat de laatste jaren wereldwijd allerlei initiatieven op dit gebied starten. Maar betonprinten is niet zo eenvoudig als het klinkt. Vers geprint beton is nog slap, met als gevolg dat muurtjes tijdens het printen kunnen uitknikken, doorzakken of botweg omvallen. Snel uitharden lijkt daarom een must, maar dat mag ook weer niet te snel gaan, anders hechten de geprinte laagjes niet aan elkaar of er ontstaan scheuren. En wat het extra complex maakt, is dat dit samenspel van uitharden, hechten en de toename van de krachten door de toenemende belasting (doordat de constructie tijdens het printen steeds groter wordt), voor elke printbare vorm anders is. Promovendus Rob Wolfs wist deze noot te kraken. Toen hij begon was het al lastig om drie laagjes netjes op elkaar te leggen. Nu komen er bruggen uit de betonprinter.

Een constructeur hoeft normaalgesproken alleen te berekenen of een constructie voldoet wanneer die klaar is. Het bijzondere aan 3D-printen is dat de constructie ook stabiel en vormvast moet zijn tijdens de productie, er is namelijk geen externe steun voor het nog slappe beton. Ook dat moet dus vooraf berekend worden. Dat was volledig nieuw terrein dat Wolfs verkende. Bovendien is de uiteindelijke 3D-geprinte betonconstructie totaal anders dan conventioneel beton, dat is gestort in een bekisting, met daarin wapening. Geprint beton bestaat uit platte laagjes, die goed gehecht moeten zijn, wil het materiaal zich als een geheel van beton gedragen. Om vormvaste en bovenal veilige structuren te garanderen, moest de promovendus de kennis vrijwel van de bodem af opbouwen.

Wolfs deed onder meer testen met verschillende soorten printmortel, verschillende tijdsintervallen tussen de opeenvolgende laagjes, en verschillende structuren. Hij zag heel wat betonmuurtjes tijdens het printen omvallen. Maar dat leidde er uiteindelijk wel toe dat hij kon doorgronden onder welke omstandigheden en met welke instellingen stabiele betonstructuren te maken zijn met de betonprinter. Of niet – want zijn model kan ook aangeven of een ontworpen structuur simpelweg niet geprint kan worden. En dan geeft het model aanwijzingen hoe het eventueel wel zou kunnen.

Het werk van de Wolfs is inmiddels al terug te vinden in meerdere concrete resultaten. Zo ligt er al twee jaar een fietsersbrug bij Gemert van geprint beton. Een tweede brug en de eerste woning volgen binnenkort.

Rob Wolfs zet zijn onderzoek naar 3D-geprint beton aan de TU/e voort na zijn promotie, in de groep van hoogleraar Theo Salet. Het proefschrift is online beschikbaar.

Update 13 september: Aan Rob Wolfs' onderzoek is het predicaat cum laude toegekend.

Mediacontact

Ivo Jongsma
(Science Information Officer)