Een huis gemaakt van een 3D-printer - dat klinkt voor velen als een droom van de toekomst of sciencefiction. De eerste huizen van de 3D-printer zijn zes jaar geleden in China in elkaar gezet.
3D-printen, ooit een leuke gimmick die kon worden gebruikt om kleine sleutelhangers te maken, heeft zijn weg gevonden. Ondertussen wordt er zelfs een heel huis gebouwd in de 3D-printer: gigantische 3D-printrobots produceren over de hele wereld betonworsten en laten met behulp van menselijke bouwvakkers ruwe funderingsmuren opgroeien. De eerste huizen gemaakt van 3D-betonprintelementen werden al in 2014 in China geassembleerd. In hetzelfde jaar bezocht de toenmalige Amerikaanse president Barack Obama het “3D Print Canal House” in Amsterdam, een prototype van de nieuwe technologie. En in Kopenhagen in 2017 bouwden een Russisch en een Deens bedrijf samen het eerste bewoonde huis van de 3D-printer in Europa. De jonge industrie is internationaal: in de VS werd in 2018 een huis van 32 vierkante meter gemaakt met de 3D-printer door het Amerikaanse bedrijf Icon in Austin, Texas,Krantenkoppen. Binnenkort wil Icon, samen met een hulporganisatie in Midden-Amerika, een dorp opzetten met 50 huizen gemaakt van de 3D-printer - elk met een oppervlakte van 58 vierkante meter - voor de behoeftigen. Icon berekent een shell-prijs van 4.000 dollar. De bouwtijd is navenant kort: het 3D-printen van een schaal uit de spuitmond duurt maximaal 24 uur.
Maar de nieuwe technologie gaat ook razendsnel om met grotere formaten: in China werd in slechts 45 dagen een enorm huis gebouwd met de 3D-printer - de villa heeft een oppervlakte van 400 vierkante meter! De 3D-betonprinter deed daar ook het meeste werk. De gerobotiseerde machines waarmee het speciale beton kan worden aangebracht en gevormd (technische term: extruderen) variëren afhankelijk van het bouwproject en de aanbieder.
Nieuwe kansen dankzij 3D-printen
Dit biedt vele mogelijkheden: van geautomatiseerde massaproductie van eenvoudige componenten die alleen gecombineerd worden tot een gebouw op de bouwplaats, tot mobiele robots die autonoom op de bouwplaats werken en zelfs gebouwen met gebogen wanden of afgeronde hoeken kunnen vervaardigen. De machines zijn niet alleen snel: ze maken artistieke vrije-vormelementen mogelijk die erg duur zouden zijn als ze door mensenhanden zouden worden gemaakt. Openingen en holtes voor kabels kunnen eenvoudig in geprinte wanden worden geïntegreerd.
Meer duurzaamheid door 3D-printen
Een van de grootste voordelen van digitaal bouwen: er wordt vaak minder materiaal gebruikt dan bij traditionele bouwmethoden, en er kunnen steeds meer recyclebare of afbreekbare kunststoffen worden gebruikt. Doordat er, afhankelijk van het 3D printproces en materiaal, vaak geen bekisting nodig is, ontstaat er minder afval.
En: zonder bekisting en steiger wordt volgens een studie van de TU Dresden zo'n 35 procent van de ruwbouwkosten geëlimineerd - naast snelheid, duurzaamheid en betaalbaar maatwerk, nog een argument voor een huis gemaakt van een 3D-printer. Nikita Chen-Yun-Tai, oprichter en CEO van het Amerikaans-Russische 3D-printrobotbedrijf Apis Cor, heeft het al over het feit dat het haalbaar is om in de toekomst alle huizen, van tiny houses tot eigendommen, in 3D-printers te realiseren. .
Start fotogalerij 
5 Alles weergeven 
Prototype: In de toekomst zullen mensen in nood in Austin, Texas, in huizen wonen die zijn gemaakt met 3D-printers. Icon is van plan om, samen met niet-gouvernementele organisaties, wereldwijd goedkope huizen en complete nederzettingen te creëren met behulp van 3D-printers.
Op rails: "Vulcan II" kan printen op een oppervlakte tot 185 vierkante meter. De 3D-printer beweegt op rails heen en weer over een fundering en levert de betonworsten af. Laag op laag.
Lichtgewicht constructie: Het DFAB-huis met zijn doorschijnende lichtgewicht gevel bevindt zich op het NEST-onderzoeksgebouw nabij Zürich: een flexibel gevelsysteem met membranen en aerogel-isolatie, bekend van de Allianz Arena in München.
Houtconstructierobots: Architectuur, robotica en ambachtslieden werken samen: houten frames werden geprefabriceerd door twee samenwerkende robots bij ETH Zürich. Ze zaagden balken en plaatsten ze nauwkeurig in de ruimte. Ambachtslieden schroefden de onderdelen in elkaar.
Vrijgevormd plafond: Het plafond van het DFAB-huis bestaat uit elf concave delen in vrije vorm die, geoptimaliseerd met speciaal ontwikkelde software, ongeveer 60 procent beton besparen in vergelijking met een conventioneel betonnen plafond.
Nieuwe bouwtechnologieën
Sommige van de pioniers van nieuwbouw hebben onze planeet mentaal al verlaten. Met additive manufacturing-technieken wil NASA in de toekomst leefgebieden creëren voor astronauten - van lokale grondstoffen op de maan of Mars. De eerste pogingen zijn al begonnen.
Aan de andere kant is het "DFAB House" (digitale fabricage) nabij Zürich, dat in 2019 in 2019 werd ingehuldigd, nog steeds op aarde, maar bijna grensoverschrijdend werden overgebracht naar echte applicaties.
"In tegenstelling tot bouwprojecten waarin slechts één digitale technologie wordt gebruikt, zoals een huis gemaakt van een 3D-printer, brengt het DFAB House verschillende nieuwe technologieën samen", legt Matthias Kohler, hoogleraar architectuur en digitale fabricage aan het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie uit. Universiteit van Zürich en initiatiefnemer van het DFAB-huis.
Het smalle huis met drie verdiepingen werd als een eenheid geïntegreerd in het NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technology) onderzoeksgebouw aan de ETH Zürich. NEST is ontworpen als een modulair platform waarop verschillende huizen kunnen aanmeren, die hier 'units' worden genoemd en die allemaal testlaboratoria zijn voor de toekomst van wonen. Wat alle momenteel zeven units gemeen hebben, is dat ze de interactie tussen mens, ruimte en technologie onderzoeken.
stroomvoorziening
Een centraal punt van zorg is het zuinige gebruik van hulpbronnen, dus alle modulaire huizen zijn aangesloten op een "backbone" die water, warmte, elektriciteit en internet levert, verbruiksgegevens evalueert en de afvoer regelt. Nieuwe oplossingen voor het slimme huis en het internet der dingen worden getest, onder meer in het DFAB House, waar academische gasten wonen: apparaten en gebouwsystemen zijn genetwerkt en in staat om te leren, wat moet zorgen voor wooncomfort, maar vooral voor de grootst mogelijke energie-efficiëntie. Een vuurtorenproject voor het bouwen en wonen van morgen.
Veel architecten, ingenieurs en ambachtslieden werkten samen om dit te bereiken. Alleen al bij DFAB House zijn acht verschillende lectoraten van ETH Zürich, instituten, industriële partners en planners van meer dan 30 bedrijven betrokken.
Teamwerk
"Het functieprofiel van architecten, planners en ambachtslieden zal veranderen", weet Matthias Kohler zeker. DFAB House laat zien hoe dat eruit zou kunnen zien: ook hier werken robots en menselijke vakmensen nauw samen. Voor een elegant gebogen dragende wand plaatste een robot, een mobiele "Fabricator", eerst ter plaatse een staaldraadconstructie, die diende als wapening en bekisting. Met behulp van zijn sensoren beweegt de 2 meter hoge robot autonoom op rupsen. De vakwerkconstructie werd door arbeiders gevuld met speciaal beton en het uiteinde van de muur werd met de hand gladgestreken.
Een deken van de 3D-printer
Individuele en complexe betonconstructies kunnen ook worden gemaakt met het "Smart Slab" -proces. Bijvoorbeeld een lichtgewicht vloerplaat, waarvoor een enorme 3D-zandprinter vormelementen produceerde die met vezelversterkt beton werden gestort. Robots speelden zelfs een belangrijke rol bij de houtconstructie van het DFAB House: twee samenwerkende machines hadden de dragende houtconstructie van de bovenverdiepingen geprefabriceerd in het "Robotic Fabrication Lab" aan de ETH Zürich. Een robot nam een element voor het houten balkenplafond en hield het op zijn plaats, terwijl een ander zag dat het paste. Vervolgens boorde de tweede robotarm gaten om de balken te verbinden. Ten slotte hebben beide robots de balkconstructie in de precieze ruimtelijke opstelling gepositioneerd. Met zulke helpers heeft de timmerman veel tijd,om in alle rust te kijken en de kwaliteit van het werk te controleren. Totdat hij uiteindelijk alles in elkaar kan schroeven.
Van grootschalige manipulatoren tot mobiele bouwrobots
Mobiele bouwrobots zijn kleiner dan grootschalige manipulatoren, maar kunnen ook ander werk doen.
Voor de schil van een huis van de 3D-printer moeten architecten deze eerst op de computer ontwerpen met behulp van 3D-architectuursoftware (CAD). Deze CAD-gegevens vormen de basis voor de besturingsgegevens die naar de 3D-printer worden gestuurd.
Een 3D-betonprinter is vaak een industriële robot die als gereedschap een drukmondstuk op zijn arm heeft gemonteerd, waarmee hij de 50 tot 70 millimeter brede betonworsten - kraal op kraal - uitperst.
Andere robotbouwvakkers, portaalrobots genaamd, zijn groter dan de geplande constructie (vergelijkbaar met een containerkraan). Ze staan stil of bewegen op geleiderails en kunnen de hele schil van een huis uit de 3D-printer in één stuk produceren. Deze grootschalige manipulatoren zijn soms meer dan 10 meter hoog en enkele meters lang en breed. Mobiele bouwrobots daarentegen, gemonteerd op rupsen of op vrachtwagens, lijken nogal klein. Hiervoor kunnen sommigen ook autonoom metselen met behulp van een lange verlengarm.
Als bouwmateriaal wordt normaal beton, snelhardend speciaal beton of kunststoffen gebruikt. Het vinden van de beste mix voor 3D-betonprinten is een belangrijke uitdaging.
