Huis uit een 3D-printer – kans of uitdaging?

Wat tot voor kort nog klonk als toekomstmuziek, wordt tegenwoordig beschouwd als een revolutie in de bouwsector: 3D-printen kan binnenkort op grote schaal worden gebruikt om woonhuizen en andere begaanbare objecten zoals bruggen te printen. De technologie is nog in ontwikkeling, maar wordt al met succes toegepast in diverse projecten. In dit artikel leest u hoe het bouwen van een huis met een 3D-printer in zijn werk gaat en welke mogelijkheden en uitdagingen deze technologie biedt.

Verschillen tussen een huis uit de 3D-printer en normale bouw

Een 3D-geprint huis verschilt in meerdere opzichten van een normaal huis.

• Wat meteen opvalt is het bijzondere uiterlijk van de muren, als gevolg van het feit dat het materiaal in laagjes wordt aangebracht.
• Afhankelijk van de stijl waarin het gebouw is gemaakt, hebben 3D-geprinte huizen vaak gewelfde muren.
• Sommige kenmerken van 3D-geprinte gebouwen vallen echter niet meteen op. Bij normale bouw worden de betonelementen in een mal, de zogenaamde bekisting, gegoten zodat ze kunnen uitharden. Bij het 3D-printen van beton is dat niet nodig: het materiaal wordt erg snel hard, zodat er geen bekisting gebruikt hoeft te worden.

Snelheid

Een van de grootste verschillen tussen conventionele bouw en 3D-printtechnologie in de bouw is het tempo waarin er kan worden gebouwd. Bij conventionele bouw worden huizen vaak nog met de hand gemetseld, baksteen voor baksteen. Bij een huis uit de 3D-printer zijn slechts twee vakkundige werknemers nodig om het proces te monitoren en waar nodig ondersteuning te bieden. De printsnelheid varieert naar gelang het model en varieert van ongeveer 25 centimeter tot een meter per seconde. Het bouwproces wordt verder versneld door het feit dat andere taken al tijdens het printen kunnen worden uitgevoerd. Met deze werkzaamheden wordt normaal gesproken pas na het eigenlijke bouwen begonnen. Voorbeelden hiervan zijn:

• Luchtlaagankers voor de isolatielaag aanbrengen
• Leidingbuizen aanleggen en isoleren
• Elektrische aansluitingen aanbrengen

De kostenfactor

Door de hoge printsnelheid is een huis uit de 3D-printer goedkoper dan een conventioneel gebouwd huis. Enerzijds zijn er minder arbeiders nodig om toezicht te houden. Anderzijds zijn de materiaalkosten iets lager dan bij conventionele bouw, omdat de benodigde materialen van tevoren efficiënt worden ingepland en er minder afval ontstaat tijdens het drukproces. De kosten voor de technische apparaten zijn daarentegen hoger dan voor de conventionele bouw van muren. Over het geheel genomen kunt u met een 3D-geprint huis 25 à 30 % kosten besparen ten opzichte van conventionele bouw.

Veiligheid

Een verder verschil tussen het 3D-printen van een huis en normale bouw, is de veiligheid van de werknemers. Werknemers in de bouw worden gewoonlijk blootgesteld aan een verhoogd veiligheidsrisico: letsel en beroepsziekten zoals hernia’s komen vaak voor bij bouwvakkers. Bij het bouwen van een huis met behulp van een 3D-printer is er minder kans op een bedrijfsongeval of aandoeningen die worden veroorzaakt door zwaar lichamelijk werk. Dit heeft op zijn beurt ook een positieve invloed op de kosten: de werkgever hoeft gemiddeld minder uit te geven aan verzekeringen en ziekengeld.

Welke methoden zijn er om een huis met een 3D-printer te bouwen?

Er zijn verschillende manieren, materialen en printers om een 3D-geprint huis te maken. De printers kunnen verschillende afmetingen hebben, lijken nog het meest op een kraan en worden meestal geïnstalleerd op de plaats waar het huis moet worden gebouwd. Het printen kan soms ook elders plaatsvinden. Nadat het materiaal is uitgehard, worden de afzonderlijke elementen dan naar de bouwplaats vervoerd en daar geïnstalleerd. Alle verschillende methoden hebben gemeen dat de printer het materiaal laag voor laag aanbrengt, in langzame, roterende bewegingen.

Extrusieproces

Het extrusieproces of fused layer modelling wordt momenteel het meest gebruikt voor 3D-geprinte-huizen. Hiervoor wordt een speciaal beton gebruikt, dat andere eigenschappen heeft dan conventioneel beton en daardoor een geheel andere werkwijze mogelijk maakt.

Selectieve binding

Bij de selectieve binding wordt onderscheid gemaakt tussen twee subprocessen:

Met deze methoden kunnen complexe geometrische elementen worden geprint, zodat ook ongebruikelijke architectonische ideeën kunnen worden gerealiseerd. Aangezien het ongebonden droge materiaal veel steun biedt, kunnen met selectieve binding ook eenvoudige holle constructies worden gemaakt. Selectieve binding is echter duurder dan extrusieprinten. Bovendien is nog niet definitief opgehelderd hoe gevoelig het reageert op verschillende weersinvloeden.

Voorbeelden van 3D-geprinte huizen

In verschillende projecten over de hele wereld is men er al in geslaagd huizen te bouwen met een 3D-printer. In Calverton, New York, werd in slechts acht dagen een gezinswoning van ca. 177 vierkante meter gebouwd. De 3D-printer had 48 uur pure printtijd nodig, en de materiaalkosten bedroegen minder dan 6.000 dollar. Ter vergelijking: zelfs de bouw van prefab-huizen neemt gewoonlijk verscheidene maanden in beslag.

Ook in België staat inmiddels een geprint huis, in de Antwerpse gemeente Westerlo. Het is het eerste grote resultaat van een samenwerking tussen de Belgische overheid, de Thomas Moore Hogeschool en enkele privébedrijven. Het huis is op het bouwterrein zelf geprint in 15 dagen tijd.

Duurzaamheid en 3D-printen

Beton is in principe geen duurzaam bouwmateriaal, aangezien bij de productie een enorme hoeveelheid CO2 vrijkomt. Niettemin is het 3D-printen van speciaal beton veel efficiënter dan de conventionele woningbouw, en er ontstaat veel minder materiaalafval. De eerste bouwprojecten met 3D-printers tonen aan dat door de keuze van componenten, materialen en de efficiënte bouwmethode tot 50% CO2 kan worden bespaard ten opzichte van conventionele bouw.

Echt duurzaam bouwen met een 3D-printer wordt pas mogelijk als in plaats van beton, glas of plastic, materialen zoals hout of aarde worden gebruikt. Zoals het Italiaanse bedrijf WASP laat zien met het project Tecla, kunnen huizen worden geprint met gebruik van uitsluitend lokaal voorkomende grondstoffen. In de Italiaanse stad Ravenna werd in 200 uur pure printtijd een constructie gebouwd die bestaat uit 60 kubieke meter aarde, zonder andere materialen.

Uitdagingen voor 3D-printen in de bouw

3D-geprinte huizen hebben niet alleen voordelen. Wat zijn de uitdagingen van deze nieuwe technologie?

• Opdoen van vakkennis: architecten hebben meer creatieve vrijheid bij een huis uit de 3D-printer dan bij gewone bouw. Zij staan echter ook voor een bijzondere uitdaging, omdat de nieuwe materialen andere eigenschappen en een ander draagvermogen hebben dan conventioneel beton. Dit maakt het werk voor architecten en aannemers ingewikkelder, omdat zij rekening moeten houden met andere berekeningen dan voorheen en zich deze nieuwe kennis en vaardigheden eerst eigen moeten maken.
• Scepsis in de branche: al in de planningsfase is interdisciplinair teamwork vereist, aangezien in een vroeg stadium beslissingen moeten worden genomen en alle beroepsgroepen moeten worden gecoördineerd. Momenteel heerst er in de bouwsector nog een zekere scepsis ten aanzien van het gebruik van de technologie en de daarmee samenhangende omgang met nieuwe gegevens. Zodra de technologie aan populariteit wint in de stedelijke ontwikkeling, mag worden aangenomen dat deze deskundigheid ook in de bouwsector ingang zal vinden.
• Wettelijk kader: de wettelijke voorschriften met betrekking tot 3D-printtechnologie in de bouwsector zijn momenteel nog niet uitgewerkt, aangezien de techniek nog erg nieuw is. Eén van de grootste uitdagingen voor de bouwsector op dit moment is dan ook normen en standaarden vast te stellen die het voor de toezichtautoriteiten mogelijk maken om projecten adequaat te beoordelen, en zo hun vergunningsbeleid te kunnen vormgeven.

Welk effect zal deze nieuwe technologie hebben op de bouwsector?

Als 3D-printen populair wordt voor het bouwen van huizen en andere gebouwen, kunnen grote veranderingen optreden in de onroerend goed en bouwsector, en zelfs in de gehele maatschappij. Ten eerste kan een stap worden gezet in de richting van duurzaam bouwen, zoals we hierboven hebben besproken. Maar ook betekent een nieuwe discipline in de bouwsector dat nieuwe beroepsprofielen zullen ontstaan. Over het algemeen geldt: de manier waarop gebouwen tot stand komen en hoe op bouwplaatsen wordt gewerkt, zal fundamenteel veranderen. Bouwprojecten die veel tijd en personeel in beslag nemen, zullen dan tot het verleden behoren.

• Het 3D-printen van een huis wordt aangestuurd vanaf de laptop. Dit maakt de bouwsector ook voor de jongere generatie aantrekkelijk. Alwaar spierkracht en fysieke weerbaarheid vroeger belangrijke voorwaarden waren om in de bouw te kunnen werken, staan bij deze nieuwe methode van woningbouw juist technisch inzicht en beroepsexpertise op de voorgrond. Er ontstaan nieuwe beroepsprofielen op het gebied van engineering en architectuur, het risico van bedrijfsongevallen bij de bouw van huizen neemt af – dit alles maakt een baan in de bouwsector aantrekkelijker voor de komende generaties.
• Woonruimte kan sneller en voordeliger worden gebouwd.
• Op deze manier wordt betaalbare woonruimte gecreëerd, zodat de woningmarkt weer toegankelijker kan worden voor de lage en middeninkomens.
• Ook ongebruikelijke vormen en designs in de stedenbouw zijn niet per se meer zo duur, en kunnen snel worden gerealiseerd.
• Door de efficiëntie van deze bouwwijze worden minder materialen gebruikt en wordt minder CO2 uitgestoten.

Veelgestelde vragen over 3D-geprinte huizen

Bron afbeelding:
© gettyimages.de – Yuri_Arcus, Jirakojpraditcharoenkul, Izusek