3D-betonprint rykker ind i byggeriet
Fremtiden er nu kommet til Danmark i form af en 3D-betonprintet bygning, der kan vise sig at blive startskuddet til en markant ændring i måden, der tænkes byggeri på
På Kattegatvej et godt stykke ude i Københavns Nordhavn er man ved at skabe historie. Blandt store, rustne skibscontainere holder et stort, hvidt telt stand over for efterårskulden og blæsten. Inde i teltet er en 50 m2 kontorbygning ved at blive opført. Byggepladsens sædvanlige støj er erstattet af lyden fra vinden, der trækker i teltdugen, og selvom det ligner en byggeplads, er her ingen håndværkere. I det ene hjørne sidder en mand bag en lille computerskærm. Han hedder Jakob Jørgensen og er teknisk chef hos 3D Printhuset. Hidtil har virksomheden i fire år bl.a. leveret printløsninger i plast til arkitekter og designfirmaer, men for et år siden satte man sig for at printe en betonbygning.
- Det var helt åbenlyst for os at gå ind i byggeriet, fordi produktiviteten i branchen er gået fuldkommen i stå. Modsat industrien, hvor biler bliver bedre og produceres billigere, er bygninger nok forbedret, men det er også blevet væsentligt dyrere at bygge, siger Jakob Jørgensen, der er mekanisk ingeniør.
Ikke én ret linje
Printbyggeriet er en naturlig forlængelse af virksomhedens deltagelse i 'Partnerskab for 3D Printet Byggeri', der er støttet af Grøn Omstillingsfond. 3D Printhuset har sammen med bl.a. NCC Construction, Force Institute og Gips Recycling researchet og besøgt mere end 35 3D-printede byggeriprojekter rundt om i verden. Turen har bragt teamet til Filippinerne, Kina, Singapore, USA, Frankrig mv., og efterfølgende konkluderede partnerne, at dét, der virkelig kunne bringe 3D-print-teknologien videre indenfor byggeriet i Danmark, var et demonstrationsprojekt. Dermed ville det kunne bevises, at bygninger opført via 3D-betonprintning ikke bare teknisk er mulige at opføre, men også at de kan opføres i fuld overensstemmelse med de strenge normer og standarder for dansk byggeri.
Til opgaven har 3D Printhuset indkøbt standardkomponenter og udviklet den betonprinter, der anvendes til kontorhuset, som har fået tildelt navnet The BOD (Building on Demand). Navnet understreger netop automatiseringen af byggeriet og udvidelsen af mulighederne for formgivning.
- Med traditionelt byggeri er enhver organisk eller ikke-ret linje en udfordring, teknisk såvel som økonomisk, idet det kræver betydelig indsats af arbejdskraft. Udover vinduerne og dørene har The BOD ikke en eneste ret linje i designet, og den illustrerer dermed nogle af de arkitektoniske og omkostningsmæssige fordele, som anvendelse af 3D-printteknologien medfører, siger Jakob Jørgensen.
Mekanisk ingeniør, Jakob Jørgensen, med extruderen, der har printet det organisk formede randfundament.
Krav til 3D-byg mangler
Inde i teltet indrammer printeren det kommende kontorhus i form af et hesteskoformet stativ med tre skinner, der arbejder frem og tilbage og op og ned i fem meters højde. Pladefundamentet er lavet på traditionel vis, og oven på er randfundamentet lavet af 3D-printeren - eller sagt på en anden måde: Det organisk formede randfundament er printet af en extruder påført et printhoved i syv centimeters bredde. Herefter skal håndværkere på traditionel vis støbe den øvre del af fundamentet inden for det printede randfundament for at give plads til el, isolering, vvs, gulv mm. Dernæst skal printeren opstartes igen, og i løbet af 50 timer vil væggene stå klar, og limtræstaget kan blive lagt.
- Vi har måttet tilpasse designet for at leve op til byggekravene, for på nuværende tidspunkt foreligger ingen standardberegninger på buede former. For at sikre styrken printes inde i væggene hule søjler, som fyldes med massiv beton. Men ved at bruge massiv beton opstår kuldebroer, som der ikke forekommer i væggene, og dermed behov for yderligere løsninger. Vi håber derfor, at de nuværende byggestandarder, der er udformet efter gammel teknologi, med tiden bliver ændret, så de også passer til bygninger med frie former, lyder det fra Jakob Jørgensen.
Stadig manuelt arbejde
Omkring extruderen sidder et reservoir indeholdende op til ca. 30 liter beton, der via en pumpe transporteres fra en blandingsmaskine. I realiteten kan reservoiret tilkobles en blandingssilo, men i første omgang sker påfyldning af bl.a. cement, sand og grus manuelt. Demonstrationsprojektet har fra start haft en bæredygtig tilgang, og derfor er genbrugstegl tilført betonen. Men i en blandingssilo vil de våde genbrugstegl aktivere cementen, og man har derfor valgt den mandskabstunge løsning.
- Der er jo meget fokus på bæredygtighed, og derfor skal der udvikles en model, hvor cementen holdes væk fra genbrugsmaterialerne, men det ser vi nok også snart et bud på. Det har dog ikke været en prioritet for dette projekt. Vi er jo trods alt kun printfolk og ikke byggefolk, siger den mekaniske ingeniør.
Jakob Jørgensen bag skærmen, mens enkelte håndværkere er mødt op i teltet for at gøre klar til støbning af den øvre del af fundamentet.
Om fem år griner vi
Få kilometer fra havnen har 3D Printhuset sit kontor. Her er administrerende direktør Henrik Lund-Nielsen naturligt stolt over realiseringen af det banebrydende projekt, der både sparer tid og penge, minimerer spild og fjerner menneskelige fejl og slitage samt arbejdsulykker.
- Det her er kun startskuddet, og der vil ske så meget nytænkning, ny forskning og en masse forbedringer på området. Udviklingen går så hurtigt, og om fem år vil man grine af den udførelse, vi står med i dag, siger han og refererer til Matrix-printer fra midten af 1980'erne, hvor det tog 12 timer at printe en rapport i sort/hvid - hvis altså alt gik godt, for ellers var det forfra.
Et andet eksempel, Henrik Lund-Nielsen nævner, er fra den første virksomhed, han opstartede i år 2000, hvor man fra laptop'en til mobiltelefonen kunne sende en besked på tre linjer i sort/hvid, og ingen kunne få armene ned. I dag tilbyder smartphones med store farveskærme fuld interaktivitet med nettet
- I løbet af 10 år vil printerløsninger være endnu mere automatiserede, og man vil kunne printe i flere materialer. For når du alligevel printer, hvorfor så ikke lægge eksempelvis isolering eller armering ind, spørger han retorisk.
Henrik Lund-Nielsen ser især fordele ved at øge antallet af funktionsområder, der inkluderes i printeren for derved at opnå yderligere produktivitetsstigninger:
- Råhuset tegner sig for ca. 20 % af de samlede byggeomkostninger, så i dag kan vi kun optimere inden for de 20 %. I fremtiden vil flere led som eksempelvis isolering, el og vvs blive integreret i processen, og dermed kan man komme op og påvirke 40-50 %, og det vil flytte noget for økonomien.
Prisen på en gravko
Trods demonstrationsprojektets umiddelbare succes holder 3D Printhuset benene på jorden og har ingen illusion om at indtage og forme hele branchen. Med tiden håber man at kunne udvikle en teknologi, der kan sælges og dermed blive leverandør til byggeriet - på samme måde, som virksomheden er det til industrien. Henrik Lund-Nielsen vil ikke ud med det præcise beløb på byggeprinteren, men fortæller, at det ligger på nogle hundrede tusinde kroner:
- Det svarer til alt muligt andet mellemstort entreprenørmateriel, så prisen er i hvert fald ikke en show stopper. Man dropper jo heller ikke et projekt, fordi man ikke vil købe en gravko, siger han og tilføjer, at fremtiden nok også vil byde på udlejning af 3D-printere:
- Det er meget sandsynligt, at mobile anlæg vil blive sat op. Så printer man det, der skal printes, og så er printeren væk igen. Men uanset hvor mange fremtidsscenarier, vi taler om, så vil vi alligevel nok blive overraskede, for udviklingen er konstant og hurtigere, end vi regner med.
Forsker: Stort arkitektonisk potentiale
I Aarhus finder man også et eksempel på 3D-printet beton. Ved Dome of Visions i Aarhus Havn har Kim Utzon Arkitekter, Teknologisk Institut og NCC Danmark designet, produceret og samlet en 3D-printet betonkonstruktion.
- Gennem projektet har vi afprøvet nogle af de nye arkitektoniske designfriheder og udtryk, som 3D-printet beton giver. Vi har fokus på at finde ud af, hvor det giver mening at printe og mulighederne for at tilføre noget til byggeriet. Det er mere interessant, end at printe dét, der allerede bliver bygget på traditionel vis, siger faglig leder Thomas Juul Andersen fra Teknologisk Institut.
Efterspænd på stedet
Thomas Juul Andersen fortæller, at mens 3D-print-teknologien giver nye formmæssige redskaber, er det vanskeligt at kombinere teknologien med traditionel placering af armeringsjern. I stedet kan efterspændingsteknologi give nogle nye muligheder for at forstærke og sammenstille de printede betonelementer på nye, interessante måder.
Projektets konstruktion er således sammensat af flere 3D-printede elementer, som er blevet efterspændt på stedet. Med dette princip kan stærke konstruktioner skabes med et minimalt materialeforbrug. Konstruktionen udgør en del af en større buekonstruktion, der i sin nuværende udformning fungerer som urbane møbler.
Elementerne er printet på en 3D-betonprinter i Betonlaboratoriet på Teknologisk Institut. Foto: Teknologisk Institut.
'Op og svæve'
Efterspændingsteknologien kan minimere behovet for den traditionelle jernarmering, hvilket der søges nye løsninger på i forbindelse med 3D-printede konstruktioner. Et kendt eksempel på en formmæssig interessant efterspændt betonkonstruktion er de ekspressive skaller på Sydney Operaen.
- Printets potentiale ligger i det arkitektoniske. Nu ligger det lag på lag og printes på stedet, men det spændende er eksempelvis at få 3D-printede konstruktioner 'op og svæve'. Det tilfører nye muligheder til arkitekturen, siger Thomas Juul Andersen og forholder sig til fremtiden:
- I forhold til den store masse beton er jeg skeptisk over for printets fordele. Men jeg er på ingen måde pessimist. Tværtimod er jeg meget fascineret af mulighederne, som udviklingen giver. Men med ny teknologi er det svært reelt at sige, hvornår man har fundet noget, der disrupter. Det er først om flere år, at vi kan se tilbage på, hvad der egentlig fungerede, øgede produktiviteten og udviklede byggeriet.
3D-print i Nyborg
Som led i udbygningen af Campus Nyborg opføres 60 ungdomsboliger. I forlængelse heraf opføres også et 3D-printet hus.
Printhuset opføres på en ca. 40 m2 stor grund, der skal fungere som demonstrationshus. Gennem længere tid har udvalget for Grøn Omstilling arbejdet med projektet, hvortil tre testelementer er printet på en stor 3D-printer på det Tekniske Universitet i den hollandske by Eindhoven. Universitetets printer kan printe elementer på LxBxH 11 x 5 x 4 m.
Det specielle ved projektet i Nyborg er, at elementerne bliver isoleret til at overholde danske standarder, så de er brugbare til beboelse i et nordisk klima. Printning forventes at starte i oktober.
Fakta: Verden i 3D-print
Ifølge en opgørelse fra 3D Printhuset er der i Europa 24 markante projekter i gang, og særlig Holland er langt fremme. Men også andre steder rundt om i verden er der eksempler på succesfulde opførelser af 3D-printede byggekonstruktioner:
- I Stupino syd for Moskva er printet en 37 m2 stor bygning. 3D-printeren har modelleret råhuset i beton og uden armering.
- I en park i Madrid har man printet en 12 meter lang og 1,75 meter bred bro i beton.
- I Kina er en 1200 m2 stor villa printet.
- I Dubai, hvor målsætningen lyder, at 25 % af al nybyg i 2030 skal være 3D-printet, har man en 3D-printet kontorbygning.
-kj
