Næste generation 3D betonprint skaber nye muligheder i byggeriet

Nyt projekt, støttet af Innovationsfonden, skal udvikle næste generation 3D betonprint, så teknologien for alvor kan gøre sit indtog på byggepladser, som pålidelig og produktivitetsfremmende teknologi sammenlignet med dagens teknologi.

Den nye teknologi 3D betonprint i byggeriet skal rykkes fra at være eksperimentel til en reel og pålidelig konstruktionsmetode på linje med andre byggeteknologier. Med projektet N3XTCON skal byggeriets eksperter, sammen med branchen, og støttet af Innovationsfonden, blandt andet udvikle et computer-simuleringsværktøj, og nye betonprintere med tilhørende styring, så 3D betonprint kan indtænkes som pålidelig og ressourcebesparende konstruktionsmetode, der skaber helt nye muligheder ved fremtidige byggerier.  

- 3D print-teknologien er ikke udviklet og moden nok til at rulle ud i stor stil i byggeriet endnu. En af de store udfordringer er, at det at printe med beton, er en fuldstændig ny og radikal anderledes måde at anvende beton på. Langt de fleste projekter rundt om i verden, som anvender 3D-printet beton, anvender en ”trial and error” tilgang. Dvs. man prøver sig frem mod et godt resultat, og opnår måske en god metode til et betonprint til en specifik opgave. Det er naturligvis ikke hensigtsmæssigt i alle byggeprojekter, siger projektlederen for N3XTCON, faglig leder Thomas Juul Andersen, Teknologisk Institut.

Store potentialer i 3D-printet beton

Der ligger et stort potentiale i at automatisere fremstillingen af betonkonstruktioner ved anvendelse af betonprintere. Først og fremmest ligger der nogle interessante produktivitetsforbedringer. Når teknologien er udviklet og modnet kan der printes skræddersyede betonkonstruktioner til markant lavere pris end i dag. Betonkonstruktioner som er noget mere – og kan noget mere – end dagens standardiserede betonkonstruktioner som produceres på samlebånd. Samtidig åbner 3D betonprint i byggeriet op for store besparelser på byggematerialer.

Målet med N3XTCON er at udvikle 3D printteknologier som muliggør 3D print af fremtidens (næste generation (N3XT) af betonkonstruktioner (CON). Nøglen – og der hvor projektet adskiller sig fra andre projekter – er især simuleringsværktøjet og armeringsstrategierne. På den måde kan en 3D-printproces under givne forhold og til en given opgave forudses, og dermed tilpasses uden brug af bekostelige – og ofte i blinde udførte – ”trial and error” forsøg.

Helt nye arkitektoniske løsninger

- Vi er overbeviste om, at 3D betonprint giver helt nye arkitektoniske løsninger – hvor tekniske og bæredygtighedsmæssige udfordringer går op i en højere enhed med det strukturelle og dermed arkitektoniske udtryk. Hvis vi ved hjælp af viden om 3D betonprint kan skabe nye løsninger og fx minimere materialeforbrug med samme performance som konventionelle produkter, har vi som en tegnestue, der altid udvikler projekter ud fra et bæredygtigt mind-set, en klar markedsfordel på det globale marked. Her efterspørges netop disse løsninger i større og større grad, siger Project Manager Troels Dam Madsen fra Henning Larsen Architects A/S.

Herudover adskiller projektet sig fra langt de fleste projekter og eksperimenter med 3D betonprint i byggeriet ved at indtænke armering i printprocessen. For at opnå flere af betonens store fordele og anvendelsesområder i konkrete og brugbare byggerier, skal betonen armeres. I dag findes der ikke en industrialiseret, brugbar løsning til at armere de 3D-printede betonkonstruktioner.

Se desuden faktaark.

Investering:

Innovationsfondens investering: 16 mio. kr.

Samlet projektbudget: 24 mio. kr.

Varighed: 4 år

Officiel projekttitel: N3XTCON

Teknologisk Institut
Teknologisk Institut har omfattende ekspertviden indenfor eksempelvis cementbaserede materialer, 3D-print og robotteknologi, og har været nøgledeltager i adskillelige forsknings- og udviklingsaktiviteter i byggebranchen. Teknologisk Institut er projektleder for N3XTCON og skal desuden udvikle betontyper, 3D-printteknologier og simuleringsværktøj til fremstillingen af 3D-printede betonkonstruktioner.

COBOD International A/S
COBOD har med opførelsen af den første 3D-printede bygning i Europa slået sit navn fast som en af de førende virksomheder som beskæftiger sig med 3D-printet byggeri. De ledede et 2-årigt forskningsprojekt under Markedsmodningsfonden, hvor state-of-the-art indenfor området blev kortlagt blandt andet ved at besøge næsten 40 byggeprojekter som involverede 3D-print. I N3XTCON vil COBOD være med til at udvikle og implementere en gantrybaseret printløsning - dvs. en portalkran med monteret printdyse - der skal muliggøre fremtidens produktion af 3D-printede betonkonstruktioner på byggepladsen.

Danmarks Tekniske Universitet
DTU er et internationalt teknisk eliteuniversitet, der blev grundlagt i 1829 med det formål at ”udvikle og nyttiggøre naturvidenskab og teknisk videnskab til gavn for samfundet”. DTU’s uddannelser, forskningsbaserede rådgivning og innovation hviler på et solidt fundament af forskning i verdensklasse. I N3XTCON bidrager DTU med undersøgelse af betons tidlige egenskabsudvikling samt modellering af armeringskoncepter.

CRH Concrete A/S
CRH er den største producent og montagevirksomhed af præfabrikerede betonelementer i Danmark. CRH har beregningsafdeling, udviklingsafdeling og produktion og montage af elementer. CRH har deltaget i flere udviklingsprojekter for at innovere måden at producere og anvende betonelementer på. I N3XTCON vil CRH være med til at udvikle og implementere en robotbaseret printløsning, der skal muliggøre fremtidens produktion af 3D-printede betonelementer.

NCC Danmark A/S
NCC er en af Nordeuropas ledende virksomheder inden for byggeri og anlæg. Visionen er at forny branchen og levere ekstraordinære bæredygtige løsninger. NCC har særlig ekspertise indenfor beton, innovation og markedsudvikling, og sammen med viden om byggepladsens processer og udfordringer, anvendes denne viden til at implementere 3D-printløsninger på byggepladsen.

Bjarke Ingels Group ApS
BIG er en førende innovator inden for design og arkitektur på internationalt plan. Gennem dybdegående forskning er BIG dedikeret til at være en nøglespiller i at formgive fremtiden. For at lave et paradigmeskifte indenfor arkitekturen, blandt andet gennem 3D-print, gentænker BIG hvad der er muligt ved at tænke innovativt på en måde, der handler mindre om begrænsninger og mere om potentiale.

Syddansk Universitet
SDU har mange års erfaring i modelbaseret robotprogrammering til industrielle processer. Baseret procesmodeller, sammen med 3D CAD-modeller af robot og miljø, genereres automatisk programmer til robotsystemerne. SDU skal bidrage til at udvikle automatiserede løsninger indenfor 3D-print.

Henning Larsen Architects A/S
Henning Larsen er en af de mest progressive arkitektvirksomheder i verden. De udvikler levende og bæredygtig arkitektur som giver varig værdi til brugerne og lokalmiljøet. Der er stort fokus på at udvikle morgendagens arkitektur ved at tilegne ny viden og dermed kunne være ”first-movers” indenfor nye områder, herunder 3D-printet byggeri.

Aalborg Portland A/S
Aalborg Portland er Danmarks eneste cementproducent med produktion på fabrikken i Aalborg. Virksomheden er markedsleder på det danske marked og har en stor eksport ud af Aalborg. Aalborg Portland bidrager i N3XTCON med viden om betonsammensætning med fokus på udvikling af nye cementbaserede bindersystemer.

FB Gruppen A/S
Siden 2003 har FB Gruppen udviklet, bygget og solgt mere end 2.500 boliger. FB Gruppen bygger i øjeblikket boliger til næsten 5 mia. Kr. Hos Grønttorvet og andre projekter i området København og Østdanmark. Der er særlig fokus på at nedsætte omkostningerne, bygge smartere og inkludere nye ideer og nye godkendte byggemetoder.

Pension Danmark A/S
Pension Danmark investerer i bygninger med særligt fokus på bæredygtighed. Blandt andet skal alle projekter være DGNB-certificerede. Pension Danmarks motivation for at være en del af N3XTCON er en interesse i at skubbe teknologien mod mere bæredygtige bygninger.

Kontakt

Teknologisk Institut, sektionsleder Thomas Juul Andersen

tja@teknologisk.dk / +45 72202157

COBOD International A/S, (3D Printhuset) CEO Henrik Lund-Nielsen

hln@3dprinthuset.dk / +45 24477337

Danmarks Tekniske Universitet, professor Henrik Stang

hs@byg.dtu.dk / +45 45251735

CRH Concrete A/S, teknisk chef Lars A. Reimer

lre@crhconcrete.dk / +45 76377940

NCC Danmark A/S, områdechef Anders Kudsk

aku@ncc.dk

BIG-Bjarke Ingels Group, Chief Communications Officer Daria Pahhota,

+1 646 541 1411

Syddansk Universitet, professor Henrik Gordon Petersen

hgp@mmmi.sdu.dk / +45 65507931

Henning Larsen Architects A/S, projektleder Troels Dam Madsen

tdm@henninglarsen.com / +45 82313181

Aalborg Portland A/S, manager Ingrid Ahrenkilde

ingrid.ahrenkilde@aalborgportland.com / +45 98777189

FB Gruppen A/S, projektudviklingschef Amir Nuspahic

amn@fbgruppen.dk / +45 33862020

Pension Danmark A/S, projektdirektør Jens Breinholt

jeb@pension.dk / +45 33856008

FAKTA OM 3D print i beton/N3XTCON

Fordele ved 3D-printet beton frem for traditionel støbning af beton

Der ligger et stort potentiale i at automatisere fremstillingen af betonkonstruktioner ved anvendelse af betonprintere.

Først og fremmest ligger der nogle interessante produktivitetsforbedringer. Når teknologien er udviklet og modnet kan der printes skræddersyede betonkonstruktioner til markant lavere pris end i dag. Her er det vigtigt at notere sig, at der er tale om skræddersyede betonkonstruktioner – betonkonstruktioner som potentielt er og kan noget mere end eksempelvis dagens standardiserede betonelementer.

I forhold til disse er prisen svær at konkurrere med. De skræddersyede betonkonstruktioner udnytter nogle af de nye muligheder ved at 3D-printe, for eksempel:

• Der er fri formbarhed. Der skal ikke fremstilles en støbeform, som kan være dyr at producere, når der er tale om unikafremstilling. Form koster ikke (ved 3D-betonprint) flere penge. Mere fri og spændende formgivning giver nye arkitektoniske muligheder og et mere individuelt byggeri.

   

• Der er mulighed for større materialebesparelser. I støbeforme udstøbes typisk massive konstruktioner. Men med en printer, fås muligheden for kun at udlægge materiale, dér hvor det gør nytte. Dvs. der kan arbejdes med hulrum i konstruktionerne, hvilket giver lettere, billigere og fremfor alt materialebesparende konstruktioner. Der kan ligefrem tænkes i optimalkonstruktioner, hvor der kun er udlagt materiale der, hvor kræfterne løber i en konstruktion. Hertil kommer muligheden for at indlejre flere funktionaliteter i betonen ved at printe komplekse overflader, eksempelvis akustiske og termiske egenskaber.

Sammenlignet med traditionel betonstøbning i støbeforme, er det at 3D-printe beton forbundet med styring af flere parametre. Forståelse og styring af disse parametre er nødvendig for at opnå den ønskede kvalitet. Således skal:

• Betonen skræddersyes til at kunne pumpes, dvs. have en tilpas bearbejdelighed til dette.
• Betonen – når den forlader printdysen – kunne stå selv, dvs. ikke falde sammen (hvilket i sig selv udgør et paradoks ift. den ønskede pumpbarhed)
• Betonen kan nu opbygge en hurtig styrke for at kunne bære de næste lag som bliver printet ovenpå indenfor relativt kort tid.
• Betonen samtidig undgå hurtig udtørring, for så opnås der ikke tilpas vedhæftning og sammenstøbning mellem lagene.

For at demonstrere de udviklede teknologier, vil der i projektets sidste år blive lavet fuldskala demonstrationsprojekter i samarbejde med projektets bygherrer.