Drie grote pijlers bij 3D-betonprinten: Duurzaamheid, automatiseren van de bouw en vormvrijheid

3D-betonprinten. Een relatief nieuwe techniek met veel potentieel voor de toekomst van de bouw. “Zeker met de klimaatcrisis, de grote vervangings- en renovatieopgave en de schaarste op de arbeidsmarkt waar we voor staan”, zegt Pieter Bakker, Projectleider 3D-printen bij Saint-Gobain Weber Beamix. 

“We zoeken dan ook continu naar mogelijkheden om verder te verduurzamen en zo een positieve milieu-impact te hebben op en in onze omgeving.” Volgens Pieter is slimmer bouwen, onder andere door middel van parametrisch ontwerpen, de oplossing. “Dat passen we ook toe binnen onze 3D-betonprinttechniek.”

De hele ontwikkeling van 3D-betonprinten rust bij Saint-Gobain Weber Beamix op drie grote pijlers: duurzaamheid, automatiseren van de bouw (met procesoptimalisatie als doel) en vormvrijheid. “Op het gebied van duurzaamheid kijken we verder dan het meer eco maken van beton. Met het 3D-betonprinten beschikken we over een techniek waardoor er nog minder materiaal gebruikt hoeft te worden: minder beton, geen wapening, geen bekisting. En doordat het proces grotendeels geautomatiseerd is, kunnen we levertijden verkorten en spelen we in op de schaarste aan vakmensen. In lijn daarmee is er de procesoptimalisatie, waar tijd- en foutreductie een grote rol spelen.” De derde pijler, volgens Pieter, is vormvrijheid. “Parametrisch ontwerpen is tenslotte een technische en zeer belangrijke uiting van het gemak van vormvrijheid, maar ook de mogelijkheid om ‘exotischere’ vormen te genereren speelt daarbij een belangrijke rol.“

“Bij onze 3D-betonprinttechniek maken we gebruik van parametrisch ontwerpen. Hierbij worden algoritmes gebruikt om ontwerpen te genereren op basis van variabelen en hun onderlinge relaties”, legt Pieter uit. “Door het aanpassen van de invoerwaarden van de variabelen kunnen snel en eenvoudig nieuwe ontwerpen binnen het bestaande ontwerp worden gegenereerd.” De visuele ontwerpmethode genereert zonder ‘programmeren’ een 3D-model, die weer in bepaalde software ingeladen kan worden voor verdere verwerking. “Het is enorm flexibel en werkt heel snel. Je kunt heel eenvoudig wijzigingen in het ontwerp doorvoeren, of bijvoorbeeld afmetingen aanpassen. Daarnaast kunnen ook parameters voor geometrische beperkingen, constructieve eisen, materiaaleigenschappen en dergelijke worden toegevoegd. Het model toont vervolgens wat mogelijk is binnen de gestelde randvoorwaarden. Met een parametrisch proces kunnen complexe geometrie en constructies worden ontworpen, waarbij de kosten verlaagd en de snelheid verhoogd worden en er een product met een constante kwaliteit wordt opgeleverd”, zegt Pieter. “Onze 3D-betongeprinte taludtrappen en fietsbruggen zijn daar mooie voorbeelden van.”

“Een taludtrap, misschien niet het meest sexy bouwwerk, geeft heel duidelijk alle voordelen van parametrisch ontwerpen weer, waarbij meteen ook alle voordelen van 3D-betonprinten naar voren komen”, zegt Pieter. “Aan de hand van de betreffende maatvoering kunnen we zonder tekenen of rekenen een taludtrap ontwerpen, die de volgende dag geprint en binnen drie weken geleverd kan worden.” Procesoptimalisatie optima forma, volgens Pieter. “Doordat er geen aparte bekisting nodig is en geen wapening hoeft worden toegevoegd, is onze 3D-geprinte taludtrap zo’n 60% duurzamer.” De taludtrap is één van de producten die Saint-Gobain Weber Beamix binnen het betonprinten volop in de markt aan het zetten is. “We zijn de pioniersfase voorbij, hebben al zo’n 50 trappen in Nederland en binnen de rest van Europa gerealiseerd en inmiddels goedkeuring van ProRail, Rijkswaterstaat en diverse gemeenten gekregen. Natuurlijk ben ik hier enthousiast over,” zegt Pieter, die met zijn achtergrond als civiel projectleider bij BAM ook echt een perfect product ziet. “Prijstechnisch, hoe het er bij ligt en ook onderhoudtechnisch: ik zie hier absoluut de meerwaarde van in.”

Een stuk ingewikkelder dan taludtrappen of andere vrij standaard betonproducten zoals rioolputten, zijn de 3D-geprinte fietsbruggen die uit de printfabriek van Weber Beamix in Eindhoven rollen. “In 2017 hadden we de wereldprimeur: samen met de TU/Eindhoven, BAM Infra, Witteveen+Bos en enkele andere partners hebben we de eerste volledig 3D-geprinte constructie ter wereld gemaakt: een fietsbrug in Gemert. Van daaruit zijn we met dezelfde partijen het ontwerptraject verder ingedoken: wat kunnen we beter doen en welke stappen zijn er nog te maken op het gebied van duurzaamheid. Om dat te bereiken wilden we projecten aannemen waarmee we nóg meer ervaring konden opdoen. Eén daarvan is project ‘Fietsbruggen N243’. Een samenwerkingsproject tussen BAM Infra en Provincie Noord-Holland, die onze innovatie echt omarmd hebben. We hebben met z’n allen gezegd: wij gaan die bruggen realiseren met elkaar! Als bouwteam hebben we alle fases doorlopen, van schets tot uitvoering, waarbij we het project hebben ingestoken met dezelfde drie pijlers: hoe kunnen we dit duurzaam uitvoeren, volledig geautomatiseerd en met zo min mogelijk materiaal, en natuurlijk in het kader van vormvrijheid.” Het betreft hier vier bruggen met verschillende togen en afmetingen, die allemaal uit één en hetzelfde parametrisch model zijn gerealiseerd. Het laat zien dat er binnen bepaalde parameters echt heel veel mogelijk is. “Het is een mooi en heus niet altijd even glooiend traject geweest, waarbij we heel dankbaar zijn voor de verder kijkende visie van de Provincie Noord-Holland. Niet alleen omdat ze dit project aan durfden te gaan, maar ook omdat ze aangaven: ‘als dit de standaard wordt van bruggen maken, scheelt dat in het voortraject en in het vergunningstraject veel geld en tijd.’ Er liggen inmiddels drie unieke 3D-geprinte bruggen bij de N243 en de vierde komt eraan.”

Het mag duidelijk zijn: 3D-betonprinten past bij een duurzame toekomst. “We hebben al veel stappen gezet maar we zijn er nog niet”, zegt Pieter. “Overheden en bedrijfsleven zullen samen moeten blijven innoveren om de klimaatcrisis te overwinnen. Ik nodig hen dan ook uit om samen met ons die stap te onderzoeken en te zetten.”