Op 17 oktober 2017 werd in het Brabantse Gemert de eerste 3D constructieve geprinte betonnen brug ter wereld geplaatst. De ontwikkelingen hebben sindsdien niet stilgestaan. Op 15 januari 2019 openden BAM Infra en Weber Beamix in Eindhoven Europa’s eerste commerciële, industriële productielocatie voor het 3D printen van betonnen elementen voor de bouw. Hier zijn inmiddels diverse onderdelen succesvol geprint en in de praktijk toegepast.
“Natuurlijk, we moeten nog kunnen experimenteren met 3D printen van beton, maar het moet concurrerend zijn met ter plaatse gestort beton. Anders is het voor mij geen optie”, zegt projectorganisator Niels Keijser van BAM Infra. Verwacht van hem geen vurig pleidooi voor 3D geprint beton, maar een nuchtere kijk op de kansen van dit nieuwe fenomeen. Toch staat Keijser wel open voor 3D geprint beton. Sterker nog: in overleg met onder meer Pieter Bakker, projectleider 3D printen bij BAM Infra, koos hij bewust voor het printen van een viertal niervormige bomenbakken variërend van 30 tot 80 meter lang en een uitstroombak bij het project Station Driebergen Zeist. Dit project wordt ook uitgevoerd door BAM Infra.
“Een mooi ontwerp, maar de bloembakken en uitstroombak waren niet eenvoudig te realiseren door de organische vorm en het verloop in de hoogte. Een uitdaging voor de traditionele bekisting. De niervormige bakken zijn uiteindelijk gemaakt door middel van 3D geprinte bekistingselementen die op de bouwplaats aan elkaar verbonden zijn. De elementen zijn daarna bekleed met natuursteen.” De keuze voor 3D geprint beton had volgens Keijser op dit project een aantal voordelen: “Zo hebben we een complex vormvast object gemaakt en geplaatst, waarbij de kosten van de geprinte verloren bekisting gelijk waren aan die van het begrote traditioneel bekisten. Volgens de initiatiefnemers wordt door deze manier van werken individuele seriematige productie mogelijk gemaakt met een enorme vergroting van de vrijheid in ontwerpen. Het toverwoord is slimmer bouwen, onder andere parametrisch ontwerpen. Dat is een proces waarbij modellen of ontwerpen automatisch worden gegenereerd op basis van parameters, zoals maten, materiaaldikte of geometrie. Sneller en duurzamer ontwerpen dus.
In dit geval is het de printrobot die eindeloos kan variëren op basis van verschillende parameters. “Je kunt bijvoorbeeld alle kolommen van een brug of viaduct een verschillende vorm geven. Er is daarnaast minder beton nodig voor hetzelfde resultaat. De printer legt namelijk alleen beton neer daar waar het nodig is voor de constructieve sterkte van de brug. We halen besparingen van 30 tot 40 procent. Maar voor de fietsbruggen die we voor Noord-Holland gaan printen denken we aan materiaalbesparingen van 50 tot 60 procent. Verder verloopt volgens Bakker het gehele proces sneller en neemt de foutmarge af. Tijdens het ontwerpproces kijkt iedereen naar hetzelfde ontwerp. Wijzigingen worden direct digitaal doorgerekend en toegepast. Bakker: “Je drukt aan het einde bij wijze van spreken op ‘Ctrl+P’ en de printer begint direct met de productie. Je hebt dan niet meer te maken met talrijke detail- en revisietekeningen, die tot fouten kunnen leiden. Voor de bouwplaats is het belangrijkste dat er minder tijd op de bouwplaats nodig is, dus ook minder manuren. Dat betekent sneller, maar ook veiliger werken en de bouw wordt voor jongeren aantrekkelijker door automatisering en robotisering.
Volgens Jan Blaakmeer, manager R&D binnen Weber Beamix, kan het 3D printen van betonnen objecten op twee fundamenteel verschillende manieren worden benaderd. “Je kunt kiezen voor een mortel die chemisch snel met water reageert en direct een hard, stijf resultaat oplevert. Maar wanneer dan tijdens de verwerking stagnaties of storingen optreden, heb je een probleem. Bovendien is het niet eenvoudig om de geprinte laagjes met elkaar te laten versmelten tot een homogene monolithische massa. De mortel die Weber Beamix heeft ontwikkeld, ontleent zijn printbaarheid aan zijn specifieke thixotropische eigenschappen.”
“Inmiddels gebruiken we onze 3e generatie 3D mortel die valt in de sterkteklasse C55-67. De geprinte elementen voor de uitstroombak op transport.” Terug naar de bomenbakken bij Station Driebergen Zeist. Ook hier dus de keuze voor de 3D betonprinter. “De bomenbakken hadden een zodanige organische vorm, dat uitkisten vrij duur zou worden. Door de wanden te printen heb je een grote vormvrijheid, zonder de beperkingen van een traditionele bekisting. De geprinte wanden hebben een dikte van 50 mm. Bij de levering en plaatsing van de eerste elementen bleken de hijsvoorzieningen nog niet optimaal te zijn. Dat is een voorbeeld van het leerproces. Je kunt prima wanden printen in de fabriek, maar dan moet je ook nadenken over de verwerking in de praktijk. Hij svoorzieningen instorten is lastig bij geprint beton. Ook is het lastig om extra wapening in de wanden aan te brengen ter plaatse van de hijsvoorzieningen. Vooral bij een wanddikte van slechts 50 mm. Bij de laatste bloembakken is dan ook gekozen voor een aparte hijsvoorzieningen, die na het printproces, worden aangebracht.
Volgens de projectorganisator zijn vooral ‘kleine’ constructies interessant: “Complexe vormen bekisten is vrij duur, maar met een 3D printer maakt dat niet uit. De uitstroombak is al even bijzonder. Omdat het stationsplein erg laag ligt, wordt stuw- en hemelwater opgevangen in een ondergrondse bak met overloop. Zodra de bak vol is, wordt het water via de uitstroombak in een naburige zaksloot gepompt, zodat het water in het gebied blijft. De keerwand heeft een gebogen vorm en door de grondkerende functie verloopt de dikte van circa 1,20 meter aan de basis naar circa 0,50 meter bovenin.
“Ook zo’n element is bijna niet te bekisten. Plaatsing geprinte elementen voor uitstroombak. Inmiddels zijn er al de nodige projecten gerealiseerd in 3D geprint beton, of zitten in de pijplijn. Na de eerste 3D constructieve geprinte betonnen brug in Gemert, zijn er inmiddels vier grote taludtrappen naar ontwerp van Witteveen+Bos geleverd voor de Oudekerkerlaan in Amstelveen. Samen met de gemeente Eindhoven, TU Eindhoven, Vesteda, Saint-Gobain Weber Beamix en Witteveen+Bos gaat Van Wijnen het eerste bewoonbare huis realiseren dat rechtstreeks uit de printer komt rollen. De woning wordt de eerste van vijf woningen van 3D-geprint beton, die de komende jaren neergezet worden in de Eindhovense nieuwbouwwijk Meerhoven. Verder staan er veel bruggen op het programma.
Zo is gestart met een innovatieve samenwerking met de provincie Noord-Holland om een viertal fietsbruggen te printen. Volgens de betrokkenen heb je ook de overheid nodig. Jeroen Nuijten, innovatiemanager 3D printen BAM Infra: “De overheid doet bij een aanbesteding een oproep aan de industrie om innovatief te zijn. Als je dan ook met een innovatief ontwerp komt, dan heb je heel veel baat bij een opdrachtgever die dat steunt en daar ook in mee durft te gaan. De opdrachtgever is dan een hele belangrijke partner in het proces. Er zijn namelijk geen regels voor. Als we die ruimte niet hadden gekregen, was het ook niet gelukt.
Saint-Gobain Weber Beamix heeft een lange geschiedenis met 3D-betonprinten. Na een aantal jaar experimenteren werd aan de hand van een handgestuurde 3D-printer in 2005 al een 3D-geprinte muur gemaakt. Het 3D-printen van beton in Nederland werd hiermee geboren. Door de beperkte vraag uit de markt belandde de techniek ruim 10 jaar in de ijskast. Totdat in 2015 het onderzoeksprogramma 3D Concrete Printing (3DCP) van de Technische Universiteit Eindhoven werd opgestart. Het zal de bouwwereld niet zijn ontgaan: 3D-printen van beton. De ontwikkelingen met deze innovatieve techniek gaan razendsnel. Mede dankzij de opkomst van de 3D-printers is er nog veel meer mogelijk. Er zijn al verschillende gebouwen en constructies met beton geprint. Technologische innovaties hebben geleid tot onconventionele technieken en materialen. Dat zorgt vaak niet alleen voor een lagere milieubelasting, maar verhoogt ook de levensduur en sterkte van het gebouw.
Kernwaarden en technologische fundamenten
Een 3D-printer stapelt beton of een ander bouwmateriaal in laagjes op elkaar. Bij deze techniek wordt een pastamateriaal door een buisje uitgestoten. Dit kan beton zijn, maar ook aardachtige materialen. Deze 3D-print technologie bespaart in vergelijking met traditionele bouwmethoden tijd, moeite en materiaal. Het 3D-betonprinten beperkt zich vooralsnog tot het maken van muren en frames, maar de technologische ontwikkelingen gaan snel. In een later stadium van het bouwproces worden ramen en sanitair conventioneel geïnstalleerd. De eerste 3D bekistingsconstructies zijn al een feit. Ondanks deze beperkingen wint de technologie aan kracht. Dat is te danken aan de grote technologische snelheid van 3D-printen. Inmiddels is printen de laboratoriumfase allang voorbij en staat er in Eindhoven al een 3D-printfabriek.
Milestone is de eerste 3D-geprinte huurwoning. Deze keivormige woning in Eindhoven is ontworpen door Studio Houben & Van Mierlo. Het is ontwikkeld als onderdeel van een onderzoeksproject met de Technische Universiteit Eindhoven. Het hele bouwproces kun je het beste omschrijven als een nieuwe leerervaring. Met het maken van deze woning is de kennis rondom de productie van 3D-geprinte woningen verbreed. De eerste van de vijf woningen in het project Milestone in Eindhoven werden nog in het laboratorium in delen geprint en dan ter plaatse gemonteerd. Het ontwerp is daarop aangepast: de ramen en deuren zijn precies tussen de verschillende delen in geplaatst. Nu nog onder geconditioneerde omstandigheden, maar het doel is om uiteindelijk de woningen op locatie te kunnen printen.
In 2017 werd de eerste 3D-geprinte fietsbrug bij Gemert gerealiseerd in het TU Eindhoven-lab; in 2019 opende een commerciële fabriek in Eindhoven voor grotere schaalproductie. De mortaliteit van betonmortel is kritisch: droog membraan en drukbelasting vormen belangrijke overwegingen. Saint-Gobain Weber Beamix heeft het 3D Mortel Platform ontwikkeld om de kwaliteit te waarborgen en reduceert de foutmarge door digitalisatie en sensoren gedurende het printproces. Een belangrijk voordeel is dat minder mensen nodig zijn door robotisering, wat bijdraagt aan kortere levertijden en lagere CO2-uitstoot.
3D-betonprinten biedt vormvrijheid en materiaalreductie. Organische vormen zoals taludtrappen, ronde boombakken en uitstroombakken zijn mogelijk, evenals complexe wanddiktes. De techniek vereist echter ook afstemming tussen ontwerp, printparameters en uithardingstijden. Net als bij andere innovaties vereist dit tijd, investeringen en samenwerking tussen overheid, industrie en kennisinstellingen.
Hoe maak je een gebouw met een 3D-betonprinter? | Doen Ze Dat Zo?
Concrete voorbeelden en huidige toepassingen
Projecten zoals de vier grote taludtrappen langs de Oudekerkerlaan in Amstelveen en de woning Milestone in Eindhoven tonen de praktische toepasbaarheid van 3D-geprinte beton. Ook skateparken en bruggen in binnen- en buitenland illustreren de mogelijkheden. De Vergaderfabriek in Teuge is een voorbeeld van een 3D-geprint gebouw dat commerciële doeleinden dient. Bruil en Kokon Architecten werken aan 3D-geprinte balkonschermen voor renovatieprojecten in Den Helder, wat wereldwijd de grootste 3D-geprinte balkonprojecten vertegenwoordigt tot nu toe.
Overheden worden steeds belangrijker als opdrachtgevers en motor van adoptie van deze technologie. De samenwerking tussen BAM Infra, Weber Beamix en andere partijen laat zien dat een industriële productielocatie en gestandaardiseerde processen noodzakelijk zijn voor grootschalige toepassingen. De voordelen bestaan uit minder materiaalverbruik, snellere bouw, minder handarbeid en lagere CO2-uitstoot door efficiënter mortel- en printproces.
Toekomstperspectief en maatschappelijke impact
De technologie biedt kansen voor personalisatie en ontwerpvrijheid, vooral bij openbare ruimte en straatmeubilair. Parametrisch ontwerpen maakt automatische generatie van ontwerpen mogelijk op basis van maten en geometrie, wat leidt tot snellere iteraties en maatwerk. De 3D-betonprintontwikkelingen dragen bij aan duurzamer bouwen door minder cement en minder afval, hoewel cementproductie zelf nog steeds energie-intensief is.
Hoewel de beloftes veelbelovend zijn, blijven er uitdagingen, zoals het integreren van wapening, uithardingstijden en de kostencurve ten opzichte van traditioneel bouwen. Desalniettemin wijzen de ervaringen uit Gemert, Eindhoven, Nijmegen en Teuge op een duidelijke beweging richting bredere toepassing, mede door toenemende samenwerking tussen bedrijven, instellingen en overheid.