IM demo

Innovatieve Materialen nummer 4 2015

INNOVATIEVE MATERIALEN Innovatieve Materialen is een vaktijdschrift gericht op de civieltechnische sector en bouw. Het bericht over ontwikkelingen op het gebied van duurzame, innovatieve materialen en/of de toepassing daarvan in bijzondere constructies.

Innovatieve Materialen is een uitgave van Civiele Techniek, onafhankelijk vaktijdschrift voor civieltechnisch ingenieurs werkzaam in de grond-, weg- en waterbouw en verkeerstechniek.

De redactie staat open voor bijdragen van vakgenoten. U kunt daartoe contact opnemen met de redactie.

Uitgeverij SJP Uitgevers

Postbus 861 4200 AW Gorinchem tel. (0183) 66 08 08 e-mail: info@innovatievematerialen.nl www.innovatievematerialen.nl

Redactie Bureau Schoonebeek vof Hoofdredactie: Gerard van Nifterik

Wat is Innovatieve Materialen?

Innovatieve Materialen is een digitaal vaktijdschrift over innovaties op het gebied van materialen en materiaalgebruik, waarbij duurzaamheid een belangrijke leidraad is. Het tijdschrift is gericht op sectoren als civiele techniek, bouw, industrieel ontwerp en architectuur.

Ontzuilen van materiaalsectoren Vanwege het multidisciplinaire karakter van de onderwerpen beedt het blad zich voortdurend. Dat is belangrijk, want zodoende wil IM een rol spelen bij het ‘ontzuilen’ van materiaalsectoren.

Doel Doel van Innovatieve Materialen is zo veel mogelijk toepasbare kennis en/ of ideeën over nieuwe materialen of nieuwe toepassingen te verbreiden.

Daarbij wil Innovatieve Materialen zowel een bron van informatie als inspiratie zijn.

Vakblad met filmpjes Innovatieve Materialen is een digitaal vakblad, wat logischerwijs de mogelijkheid geeft om meer informatie toe te voegen dan in een conventio­ neel papieren vakblad gebruikelijk is.

Vaak wordt er bij de artikelen een koppeling gemaakt met een relevante website, achterliggende informatie (rapporten e.d.), videomateriaal en/of eerder verschenen artikelen.

(Niet-abonnees hebben beperkt toegang de digitale achterliggende info.)

Postbus 861 4200 AW Gorinchem

Abonnees

Advertenties

Abonnees ontvangen Innovatieve Materialen in interactieve vorm, zowel in bladerbare als in een interactief pdf-formaat.

Innovatieve Materialen verschijnt in 2016 zes keer, met een omvang van 24 - 32 pagina’s.

Drs. Petra Schoonebeek Postbus 861 4200 AW Gorinchem tel. (0183) 66 08 08 e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Een digitaal abonnement in 2016 (6 uitgaven) kost € 25,00 (excl. BTW) Zie ook: www.innovatievematerialen.nl

Sponsoren en adverteerders Innovatieve Materialen is een platform, waar aanbieders en toepassers van kennis en producten elkaar kunnen treffen. Voor bedrijven en organisaties die het interessant vinden om zich daar te profileren, zijn er verschillende mogelijkheden in de vorm van sponsorpakketten.

Advertenties in Innovatieve Materialen zijn uiteraard interactief.

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvuldigd en of openbaar worden door middel van herdruk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

2

>

BERICHTEN

O M

3-D Printen van transparant glas

E D

Onderzoekers van het MIT hebben onlangs een apparaat gedemonstreerd waarmee transparant glas kan worden ge-3D-print. De methode is volgens de betrokken wetenschappers een wereldprimeur in zijn soort. Er waren tot dusver wel 3D printsystemen die glas met konden verwerken, vooral op basis van een techniek waarbij glaspoeder wordt gesinterd, maar dat leidde tot ondoorzichtig mat glas. Het MIT zegt de eerste te zijn die transparante werkstukken kan printen.

Het idee is in wezen simpel: glas wordt verhit tot boven het smeltpunt. Dat gesmolten glas wordt vervolgens met be-

hulp van een nozzle laagje op laagje glas neergelegd, precies volgens een patroon dat vanuit een computerontwerp wordt geladen. Zo simpel als het proces lijkt, is het in werkelijkheid niet. Het meest lastige van de nieuwe techniek is dat het hele proces zich afspeelt bij een zeer hoge temperatuur. Om het materiaal überhaupt door de gebruik­te nozzle te laten vloeien moet die temperatuur boven de 1.000 °C liggen. Om dat te kunnen bereiken moet voor elk procesonderdeel een separaat verhittingssysteem beschikken. De ‘inkt’ - ge­smolten glas dus - bevindt zich in een hete opslagtank, precies boven de n ­ ozzle. De wand

daarvan wordt dusdanig verhit dat het glas niet aan de zijkanten kan plakken.

De nozzle van aluminiumoxide is speciaal door het MIT ontworpen en geoptimaliseerd.

De ruimte waarin de te fabriceren objecten worden geprint wordt ook verhit, net boven de temperatuur waarop het glas stolt. MIT heeft vervolgens een systeem bedacht waarbij het glazen object langzaam en gecontroleerd wordt afgekoeld, waardoor het niet breekt.

Momenteel print het MIT met natronkalk glas, maar de onderzoekers denken dat de methode ook geschikt is voor het verwerken van borosilicaat glas, wat een hogere temperatuur vergt.

Bron: MIT Technology Review>

3

BERICHTEN

Innovatieve Materialen nummer 4 2015

Bouwen met zout

Architect Eric Geboers ontwikkelde een manier om zout uit zeewater te ge­ bruiken als bouwmateriaal, speciaal in woestijngebieden dicht bij de zee. Het materiaal van Geboers is een mengsel van zout en zetmeel waarmee prima huizen en andere constructies kunnen worden gemaakt.

Het idee is om in de woestijn selfsupporting units te bouwen, in de buurt van de kust. Het begint met zeewater naar de productielocatie te pompen, met een pomp aangedreven door zonne-energie.

Het systeem voorziet in kassen die worden gekoeld met het zeewater, gecombineerd met een condensatieproces. Het gecondenseerde water wordt opgevan-

O M

gen en als zoetwater gebruikt.

Een ander deel van het zeewater wordt gebruikt voor de teelt van algen, waaruit zetmeel wordt gewonnen. De na het condensatieproces geconcentreerde pekel gaat naar bassins, waar de zon het water verdampt en er zout overblijft. Uit zout en zetmeel worden ten slotte de zoutstenen gemaakt.

E D

Bouwmateriaal

Uit tests bij de Faculteit Civiele Techniek van de TU Delft zou blijken dat het materiaal zich prima leent als bouwmateriaal, vergelijkbaar met bijvoorbeeld leem, waarmee in woestijnregio’s veel wordt gebouwd. Sterker nog, als het gaat om

trek- en druksterkte deed de zoutsteen het beter.

Probleem is vooralsnog dat het materiaal niet goed waterbestendig is, maar Geboers denkt dat te kunnen oplossen met een coating. Daar wordt momenteel aan gewerkt.

Woestijn

Het mes snijdt aan twee kanten. Bij het productieproces komt dus water vrij en dat kan weer worden gebuikt voor irrigatie. Daarmee kan dan weer het oprukken van de woestijnen worden tegen gegaan.

Op zijn website http://buildingwithseawater.com wijst Geboers op een statement van de Verenigde Naties dat juist het oprukken van woestijngebied een van de grootste bedreigingen voor onze planeet is. Iedere jaar verliest de wereld 12 miljoen ha aan woestijn, waardoor wereldwijd 52 procent van het totale landbouwareaal wordt bedreigd. Daarmee lopen niet minder dan ander­half miljard mensen grote risico’s.

Inmiddels heeft Geboers met zijn werk verschillende prijzen in de wacht gesleept, zoals Archiprix 2016, Challenge Stad van de Toekomst en Singepore’s ‘The Science of Future Cities’ competition.

Zie http://buildingwithseawater.com

4

BERICHTEN

Anorganische lak koelt metalen dak Senior wetenschapper Jason Benkoski Ph. D. van de Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (Laurel, Maryland, USA) heeft volgens eigen zeg­ gen een nieuwe, milieuvriendelijke lak ontwikkeld die zonlicht terugkaatst, en metalen daken en andere oppervlakten koelt. Volgens Jason Benkoski Ph. D. is het nadeel van de meeste conventionele op polymeren gebaseerde laksystemen dat ze onder invloed van uv-licht degraderen. Bovendien zorgen de polymeren voor schade aan het milieu. Vandaar dat men een totaal ander systeem heeft gezocht, zonder die polymeren.

O M

Natronglas

De onderzoeksgroep van Benkoski zou op het idee zijn gekomen een ander bestaand anorganisch laksysteem: natronglas lak, een ‘minerale verf’ of Keim lak, genoemd naar Adolf Keim die het verfsysteem al in 1878 patenteerde. De verf werd vooral bekend vanwege de onverwoestbare kwaliteit. (Er bestaan nog altijd gevels met de originele laklaag uit de negentiende eeuw, zoals het raadhuis van Schwyz, Zwitserland.)

Net als bij de conventionele waterglaslakken is Benkoski uitgegaan van siliciumoxidie waaruit een gemodificeerde kaliumsilicaatoplossing werd gemaakt.

Daaraan worden vervolgens pigmenten toegevoegd, waarna het mengsel als verf kan worden verspoten.

E D

De lak van Benkoski is vrijwel helemaal anorganisch, waardoor de verf volgens de ontwikkelaars veel langer mee gaat dan lakken met organische componenten. Bovendien is de verf van de Johns Hopkins University zo ontworpen dat het dezelfde uitzettingscoëfficiënt heeft dan staal, waardoor er op zulke oppervlakten minder kans bestaat op scheurvorming.

voegen reflecteert de anorganische lak van Benkoski het zonlicht ‘volledig’, waardoor het substraat op kamertemperatuur blijft; of zelfs iets koeler wordt. Volgens de betrokken wetenschappers kan de temperatuur van een aluminium oppervlak onder invloed van zonlicht met meer dan 20 °C oplopen (boven de luchttemperatuur). Als met behulp van de anorganische lak de temperatuur relatief laag kan worden gehouden, zal dat ook minder aanleiding geven tot corrosie en andere degeneratieprocessen.

De lak is in eerste instantie bedoeld voor toepassing op marineschepen (het onderzoek wordt overigens gefinancierd

door U.S. Office of Naval Research) maar heeft volgens Johns Hopkins University een veel groter toepassingsgebied.

Toegepast op metalen daken zou het een aanzienlijke besparing kunnen opleveren op airconditioningkosten.

Korte impressie van het onderzoek van Jason Benkoski

Persconferentie, American Chemical Society

De wetenschappers presenteerden hun onderzoek eerder dit jaar tijdens de 250th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS), in Boston.

Koel

Het verschil met bestaande commerciële anorganische lakken zit volgens Benkoski vooral in de betere hechting - vooral op anorganische materialen als metalen en beton - en in de grotere laagdikte, waardoor het laksysteem nog langer mee gaat.

Door er (witte) pigmenten aan toe te

5

BERICHTEN

‘Growing bricks’ Het bedrijf bioMASON (Noord-Carolina, VS) wil op commerciële basis biologisch vervaardigde bouwstenen gaan produceren. Eerder dit jaar sloot het bedrijf daartoe een samenwerkingsovereenkomst met het Golden LEAF Biomanufacturing Training and Education Center (BTEC) van de North Carolina State University. Centraal bij de samenwerking staat een door bioMASON ontwikkeld biomineralisatieproces, waarbij bacteriën het bindmiddel maken waarmee zanddeeltjes aan elkaar worden geplakt.

Vorig jaar won bioMASON met het concept al twee innovatiewedstrijden: de Cradle to Cradle Innovation Challenge en de Nederlandse Postcode Green Challenge.

rels te binden. BioMASON zegt een baksteen bij kamertemperatuur binnen een week te kunnen produceren.De grote winst van het proces zit volgens het bioMASON in de carbon footprint, die volgens het bedrijf stukken beter uitvalt dan die van traditionele baksteen. Terwijl het bioMASON-proces uitgaat van hernieuwbare grondstoffen, produceert de baksteenindustrie volgens de Ameri-

BioMason, die als slagzin op haar website ‘growing bricks’ gebruikt­, werd in 2012 opgericht door architecte Ginger Krieg Dosier, die zich daarvoor al al jaren bezighield met het verder ontwikkelen van het proces. In 2011 vroeg ze patent aan dat later dat jaar werd gepubliceerd onder de naam

O M

Bacteriën

Biomineralisatie, in dit geval biocementatie, is een proces waarbij door organismen op een gestructureerde manier mineralen worden gevormd, zoals gebeurt bij een schelp van een schelpdier, of bij het vastleggen van calciumcarbonaat door koralen. Het mineraal dat daarbij wordt afgezet is kalk of calciet.

De bacteriën die bioMASON gebruikt, Sporosarcina pasteurii , leven op stikstof en calcium (van een CaCl2-oplossing) en produceren calciumcarbonaat. Dat laatste doet dienst als cement om zandkor-

Growing bricks

E D

kanen ieder jaar 800 miljoen ton CO2 als gevolg van de verbranding van fossiele brandstoffen.

‘Methods for Making Construction Material Using Enzyme Producing Bacteria’ (US 20110262640 A1).

De afgelopen tijd hebben Dosier en haar team zich vooral gericht op het optimaliseren van het droog en hardingsproces. Volgens haar is dat inmiddels zo goed gelukt dat er stabiele stenen kunnen worden gemaakt van volwaardige grootte en is de tijd nu gekomen om aan het opschalen van het proces te werken. BioMASON verwacht biologische steenproductie in de toekomst zal plaatsvinden in een soort kassen, onder beheerste procesomstandigheden, waarbij het gebruikte water overigens wordt hergebruikt. De door de bacteriën geproduceerde bijproducten worden teruggewonnen en kunnen worden gebruikt als kunstmest. www.innovatievematerialen.nl

Bacteriën aan het werk

6

BERICHTEN

‘Ultrabrug’ van UHSB

O M

E D

In Eindhoven is de zogenaamde Ultrabrug geplaatst: een duurzame onderhoudsvrije, modulaire brug van ultrahogesterktebeton (UHSB: beton met een sterkteklasse hoger dan 150N/mm2).

Het concept werd ontwikkeld door FDN in samenwerking met de TU Delft. De brug is uitgevoerd met betonkwaliteit B220 (hoger dan C170/200); de hoogste kwaliteit wit UHSB in de wereld.

speciaal ontwikkelde beton/pigmentsamenstelling die tot stand kwam na langdurig testen.

UHSB is een steeds populairder wordend materiaal voor de bouw van bruggen.

Door de hoge sterkte kan het ontwerp twee tot drie keer slanker kan worden

Beige tint

Het gaat om een modulaire kokerbrug met een polystyreen kern en een UHSBomhulling met een wanddikte rond­om van circa 120 mm. Het dek van de Ultrabrug is 3,8 meter breed en is met een overspanning van 23 meter volgens FDN de langste UHSB brug in Nederland De hoogte van het dek bedraagt slechts 400 millimeter en heeft een lichte toog.

Ook bijzonder is de kleur (wit met een lichte, beige tint). Volgens FDN is de Ultrabrug ook de eerste UHSB-brug ter wereld met een dergelijk lichte kleur. Dat kon worden bereikt door een

7

uitgevoerd. Dit geeft een grote ontwerp­ vrijheid. Dat zowel het brugdek als de leuning in UHSB worden uitgevoerd, betekent verder een verlaging van de onderhoudskosten. www.ultrabrug.nl

BERICHTEN

O M

Zeegras als isolatiemateriaal Op de BAU 2015 in München presenteerde het Duitse bedrijf NeptuTherm uit Karlsruhe haar gelijknamige isolatieproduct: NeptuTherm. Het bedrijf is opgericht door prof. Richard Meier die het idee bedacht en het enkele jaren geleden patenteerde. Helemaal nieuw is het dus niet, zij het dat vorig jaar de eerste serieuze proefprojecten met het materiaal zijn uitgevoerd.

noeg niet of zeer slecht en is betrekkelijk eenvou­dig aan te brengen als stortmateriaal of in de vorm van geperste platen.

Sterker nog, NeptuTherm afval kan volgens Meier nog nuttig worden toegepast in de agrarische sector.

Meier stelt op de website van zijn bedrijf dat het materiaal bovendien uiterst duurzaam is (volgens de emeritus hoogleraar zet een hectare zeegras vijf keer meer CO2 om in zuurstof, dan een vergelijkbaar oppervlak aan regenwoud).

Bovendien is het volledig afbreekbaar.

Zie ook www. neputherm.com

E D

NeptuTherm is een natuurlijk materiaal, gemaakt van zeegras. Dit zeegras (posidonia oceanica) groeit in een zomer-winter cyclus, waarbij in de herfst bladeren afsterven en in het zeewater tot ballen aan elkaar klitten. Zulke vezelballen spoelen in de winter massaal aan op de stranden rond de Middellandse Zee. Omdat ze overlast veroorzaken voor badgasten, werden de zeegrasballen tot dusver als afval afgevoerd. De ballen waar NeptuTherm-isolatiemateriaal wordt gemaakt zijn afkomstig uit Albanië en Tunesië.

Prof. Meier bedacht een manier om het materiaal nuttig te gebruiken. Samen met een aantal onderzoeksinstellingen ontwikkelde hij een methode om er isolatiemateriaal van te maken door de ballen machinaal te verkleinen, het materiaal te drogen en vervolgens te zeven, waardoor eventueel zand wordt verwijderd. Dit materiaal heeft volgens de bedenkers uitstekende isolerende eigenschappen, brandt verrassend ge­

8

BERICHTEN

Innovatieve Materialen nummer 4 2015

Rain(a)Way In het Rotterdamse Zomerhofkwartier is de eerste Rain(a)way-tegel gelegd in de Rain(a)way Garden Katshoek. Dat ge­beurde in aanwezigheid van Deltacommisaris Wim Kuijken, Henk Ovink (Nederlands eerste Watergezant), Paul van den Eijnden (hoogheemraad) en Pex Langenberg (wethouder). Door deze 100 meter lange en 4 meter brede tuin aan de Heer Bokelweg zal de wateroverlast in de wijk bij piekbuien minder worden.

De Rain(a)way-tegel is een nieuw concept van ontwerpster Fien Dekker en wordt nu voor het eerst gebruikt.

De regentegel is bedacht vanwege de regenwaterproblematiek die door de klimaatverandering is ontstaan, vooral in

Dat geeft volgens de website van Rain(a) way de mogelijkheid om te variëren in ‘waterzichtbaarheid’ en waterdoorlaatbaarheid.

Er zijn verschillende types van het concept, die op allerlei manieren kunnen worden ingezet. Het type ‘EBB’ bijvoorbeeld is ontworpen om water direct af

O M

de steden. Nu zijn steden vaak voorzien van een dicht plaveisel, waarbij regenwater alleen afgevoerd wordt door het riool. Het idee van de regentegel is water niet mordicus via het riool af te voeren, maar waar mogelijk in de stad vast te houden.

E D

Het concept van Rain(a)Way probeert de ‘schoonheid’ van regen te combineren met een oplossing voor de regenwaterproblematiek. Daarbij wordt esthetiek dus gecombineerd met waterafvoer, via (gecontroleerde) infiltratie in de bodem.

De Rain(a)way-tegels bestaat uit twee lagen, die ieder een eigen functie hebben.

te voeren naar bijvoorbeeld een border of tuin. Een ander - Flood Open - is juist bedoeld om direct water te laten infiltreren in de bodem. Het is ook niet de bedoeling er op te lopen; daarvoor zijn weer speciale stapstenen.

Een ander type is weer bedoeld om water op te vangen en juist langzaam te laten infiltreren.

De Rain(a)way Garden voor het Katshoek is een tuin met Rain(a)way-tegels. De tuin is een showcase voor een klimaatbestendige inrichting van het Zomerhofkwartier. Hier worden tien varianten van de innovatieve waterpasseerbare Rain(a)Way-tegel getest.

De Rain(a)way Garden Katshoek is een initiatief van De Urbanisten in samen­ werking met ontwerpster Fien Dekker.

Meer op de website Rainaway/Fien Dekker>

9

BERICHTEN

Innovatieve Materialen nummer 3 4 2015

O M

Waterspinhuis van koolstof

E D

De Universiteit van Stuttgart heeft een paviljoen gebouwd, gebaseerd op de manier waarop een waterspin haar onderkomen construeert. Een waterspin brengt het grootste deel van zijn leven onder water door, waarvoor ze een soort hut bouwt in de vorm van een versterkte luchtbel. Die constructie maakt ze door onder water een horizontaal web te bouwen, daarin en luchtbel aan te leggen en vervolgens van binnenuit vezels aan te brengen. Het resultaat is een stabiele constructie die bestand is tegen mechanische spanningen, zoals het ver­ anderen van waterstromingen. Dat pro-

ces is in Stuttgart geïmiteerd door met behulp van een geavanceerde robot in een ‘ballon’ van ETFE-folie van binnenuit een versteviging van koolstofvezels aan te brengen. Vervolgens liet men de constructie verharden, waardoor deze zelfdragend werd. Het resultaat is een sterke, lichtgewicht constructie (260 kilo) met een esthetisch bijzondere vorm.

Het ICD/ITKE Research Pavilion 201415 maakt deel uit van een serie paviljoens die worden gebouwd door het Institute for Computional Design (ICD,

10

prof. Achim Menges) en het Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE, prof. Jan Knippers).

Meer op de website van Universität Stuttgart>

BERICHTEN

BERICHTEN

Innovatieve Materialen nummer 4 2015

3D-geprinte brug van staal

O M

E D

Het startup bedrijf MX3D BV uit Amsterdam wil in het centrum van Amsterdam een stalen brug bouwen met behulp van een 3D-printer. De techniek waarmee MX3D dat wil doen is een 6-assige industriële robot, die puntje op puntje staal last, waardoor er lange slierten ontstaan.

Met behulp van software (ontwikkeld door MX3D en Autodesk) kan het bedrijf inmiddels sterke, complexe structuren printen. ‘Tekenen in de lucht’, zegt MX3D daarover op haar website.

De door ontwerper Joris Laarman vormgegeven brug in Amsterdam zal worden geprint door vier zes-assige robots, die vanaf de bruggenhoofden naar elkaar toe werken.

De gemeente Amsterdam ondersteunt het project. Binnenkort maken de gemeente en MX3D bekend waar de brug wordt gebouwd. Voor die tijd zal de techniek verder worden geoptimaliseerd in een testlocatie op de NDSM-werf in Amsterdam Noord, waar overigens in

september een bezoekerscentrum wordt geopend. Daar het publiek de voortgang van het project kan volgen.

Bij de ontwikkeling van de stalen 3D-geprinte brug werkte samen met een aantal partners en sponsoren, waaronder Autodesk, Heijmans, Air Liquide, ABB

11

robotics, STV, Delcam, Within, Lenovo, TU Delft, AMS en het gemeentebestuur van Amsterdam.

Zie de website van MX3D>

Innovatieve Materialen nummer 4 2015

Innovatieve Materialen nummer2013

O M D-Shape. ‘Zandsteenprinter’ van Enrico Dini

E D

‘Betonconstructies komen straks van de 3D printer’ 3D-printen is hot. De techniek was nog maar kort geleden vooral interessant voor het maken van prototypes en kleine series, vaak in kunststoffen en metalen. Dat is snel aan het veranderen. Inmiddels worden er talloze materialen en technieken ontwikkeld die geschikt zijn voor het printen van grote, structuren van steen of beton en dat is weer interessant voor de bouw.

3D-printen, Additive Manufacturing, is een algemene omschrijving van productietechnieken waarbij producten laagsgewijs worden opgebouwd. De eerst ontwikkelde techniek is stereolithografie, een proces dat eind jaren 80 werd bedacht. Daarbij wordt een product rechtstreeks opgebouwd vanuit CAD, door laag voor laag materiaal neer te leggen en selectief uit te harden door licht en/of warmte. Nog maar enkele jaren geleden was 3D printen een soort science fiction, maar inmiddels is er veel veranderd. Vooral door het beter en goedkoper worden van de apparatuur

staat 3D-printen enorm in de belangstelling en niets lijkt meer te gek.

Begin mei van dit jaar was bij het televisieprogramma De Wereld draait een presentatie te zien van het Amsterdamse DUS Architecten. DUS wil langs het Buiksloterkanaal een grachtenpand printen, full scale welteverstaan. Het idee is om met behulp van een enorme, door het bureau zelf ontwikkelde printer (de Kamermaker), een volwaardig huis te printen in grachtenpandstijl. De printer kan maximaal 3,5 meter hoge modules maken van kunststof - kamers – die als met een ‘slagruimspuit’ laagje voor

12

laagje worden opgebouwd. DUS Architecten heeft inmiddels een overeenkomst gesloten met de gemeente Amsterdam en hoopt de bouwactiviteiten eind 2013 af te ronden.

vorig jaar gepresenteerd tijdens de Dutch Design week in Eindhoven. Er zijn vier baksteenvormen uitgeprobeerd, vaak bedacht voor specifieke toepassingen: geribbelde Bricks - voor kolommen en torens; in elkaar grijpende Bricks - voor de koepels en bogen; X-vormige Bricks - voor verticaal tegelwerk; honingraat Bricks - modulaire honingraat stapelbaar bakstenen

Marmer

De Italiaanse robotbouwer Enrico Dini ontwikkelde een machine die constructies kan printen van kunstmatig zandsteen. Dini’s methode is gebaseerd op een horizontale machine met beweegbare robotkop de zogenaamde D-Shape, naar verluidt de grootste 3D robotprinter ter wereld. Het werkt als een inkjet printer, waarbij een mengsel van zand en magnesiumoxide als medium wordt gebruikt.

O M

E D

Bakstenen

Wordt in Amsterdam geprint met kunststof, er liggen veel meer materialen in het verschiet. Volgens DUS Architecten moet het grachtenpand worden gezien als een learning by doing-project, waarbij naar verloop van tijd wellicht nieuwe materialen en technieken zullen worden ontwikkeld en toegepast. Zo kan op soortgelijke manier hout/composiet materiaal worde geprint, maar ook beton en zelfs (bak)steen.

Zo ontwikkelde architect en ontwerper Brian Peters bijvoorbeeld 3D-geprinte bakstenen in verschillende vormen. Peters – overigens ook betrokken bij het plastic grachtenpand in Amsterdam – ontwikkelde in samenwerking met het Ceramic Work Centre in Den Bosch verschillende baksteentypes, vervaardigd met behulp van een standaard desktop 3D-printer met een aangepast extrusiesysteem. Met behulp van een relatief kleine, goedkope desktop 3D printer wist hij bruikbare baksteenelementen te maken, die hij Building Bytes noemde.

De stenen worden gemaakt van een vloeibare, snelverhardende klei, die normaal wordt toegepast bij gietvormen.

Er wordt geprint in materiaallagen van 2

mm. Het printen van een steen duurt, afhankelijk van de vorm, tussen de vijftien en twintig minuten. Na het printen worden de stenen gebakken.

Het Building Bytes-concept werd eind

13

Het proces begint met het natuurlijk weer met een 3D CAD-ontwerp van de architect, dat in de computer van de D-Shape printerkop wordt ingelezen. Op de zandlaag wordt met de robotkop een chemisch bindmiddel gespoten, waarna het materiaal uithardt. Vervolgens brengt de robot daarop een nieuwe laag aan en zo wordt langzaam maar zeker de constructie opgebouwd: 5 - 10 mm per laag. Na het aanbrengen van een

Möbiusband. Universe Architecture wil hierbij twee D-Shape machines inzetten.

Het idee is dat het huis niet direct word geprint, maar dat twee D Shape robots ter plekke onderdelen fabriceren. Na assemblage worden de holtes gevuld met vezelversterkt beton, waardoor de constructie extra sterkte krijgt.

Beton

laag moet het materiaal 24 uur uitharden voordat de volgende laag wordt aangebracht. Op die manier worden alle structuren tussen fundament en daknok volgens ontwerp geprint, met inbegrip van trappen, scheidingswanden, concave en convexe oppervlakken, bas-reliëfs, zuilen, standbeelden en holtes voor bedrading, kabels en leidingen.

Het materiaal dat in het proces ontstaat is een soort kunstzandsteen met het uiterlijk van marmer en volgens de website van Enrico Dini uitstekende materiaaleigenschappen. Het kunststeen is volgens hem sterker (en overigens 30 tot 50 procent duurder) dan Portlandcement, maar die relatief hogere materiaalkosten worden volgens Dini ruimschoots goedgemaakt met de besparing

Ook met beton worden printexperimenten gedaan, met name in Groot Brittannië en de Verenigde Staten. De onderzoeksgroep van prof. Simon Austin, van de Britse Loughborough Universty bij Leicester werkt samen met Architectenbureau Foster + Partners aan een methode om betonnen elementen te printen.

Daartoe ontwikkelde men een robotarm die laagje voor laagje snelhardend beton opspuit, op een soortgelijke manier als de Kamermaker van DUS Architecten. Op die manier wist men inmiddels complexe betonnen onderdelen te maken, inclusief allerlei holtes en reliëfs.

Ook in de Verenigde Staten wordt met 3D-printen van beton geëxperimenteerd.

Zoals door prof. Behrokh Khoshnevis, hoogleraar Industrial & Systems Engineering and Civil & Environmental Engineering aan de University of Southern California. Hij is bovendien directeur van het Center for Rapid Automated Fabrication Technologies (CRAFT). Het bedrijf ontwikkelde Contour Crafting, een gerobotiseerd constructiesysteem voor de bouw. Het lijkt op de D Shape van Dini en de Kamermaker van DUS, zij het dat er door CRAFT beton wordt gebruikt. Er zijn verschillende configuraties van bedacht, die gemeen hebben dat ze vanuit CAD worden ingelezen en een voorziening hebben die zoals in Loughborough sneldrogende betonlaagjes op elkaar legt.

O M

op arbeid. Andere voordelen zijn de hoge bouwsnelheid (naar verluidt vier maal sneller dan traditionele methodes), de eenvoudige realisatie van zeer complexe structuren en veiligheid.

De huidige D-Shapeprinter is dan wel de grootste printer in zijn soort, volgens Dini is het nog maar het begin. In een interview op ontwerpwebsite DEZEEN zegt hij te verwachten dat in de toekomst niet alleen huizen, maar hele woonwijken tegelijk zullen worden geprint.

Intussen gebruikt Universe Architecture (Amsterdam) nauw samen met Enrico Dini in het zogenaamde Landscape House project, een ontwerp van het genoemde architectenbureau. Het gaat om een futurischisch ontwerp van een ‘huis’ in de vorm van een gevouwen

E D 14

Contour Crafting

Het meest robuuste Contour Craftingsysteem heeft de vorm van een verrijdbare portaalkraan ter grootte van een fors huis. Een verticale robotarm kan zowel langs de horizontale bovenbalk, als verticaal bewegen. Op de robotrarm is een spuitkop gemonteerd. Op die manier kan een totaal huis in laagjes worden opgebouwd, te beginnen met de fundering. Er zijn verder varianten ontwikkeld om ronde en bolle bouwwerken te maken en er is een mobiele installatie.

Khoshnevis denkt een huis van meer dan 200 m2 in 24 uur te kunnen realiseren, voorzien van spouwmuren (zo nodig

O M

E D

geĂŻsoleerd), trappenhuizen en gaten en holtes voor leidingwerk. Het systeem is niet alleen erg snel, maar volgens de hoogleraar ook eens erg goedkoop. Door de hoge mate van robotisering komt er namelijk vrijwel geen mensenhand aan te pas en daarmee zijn de loonkosten minimaal. Om diezelfde reden is 3D-

een heel dorp aan betonnen noodhuizen neer, met geprinte dubbele muren en al.

Misschien wel de meest tot de verbeelding sprekende toepassing is het 3D printen van gebouwen op plaatsen die door mensen moeilijk te bereiken zijn, zoals op de Maan of Mars. Het lijkt luchtfietserij, maar in de VS wordt het kennelijk

printen van betonnen huizen volgens Khoshnevis veilig: er is namelijk niemand op de bouwplaats. Jaarlijks vinden er in de VS alleen al 400 000 ernstige ongevallen op de bouwplaats, en dat cijfer zou met een gerobotiseerd betonprintsysteem volgens Khoshnevis aanzienlijk naar beneden kunnen.

Hij ziet meer voordelen. Vanwege de lage kosten zou het printen van huizen een oplossing kunnen bieden voor sociale woningbouw, of het groeiende probleem van krottenwijken. En wat te denken van noodhulp aan door rampen geteisterde gebieden. Met Contour Crafting zet je in de kortst mogelijke tijd

15

heel serieus genomen. Sterker nog, het NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) doet momenteel onderzoek naar de mogelijkheden van Contour Crafting in te zetten voor het 3D printen van een eventuele maanbasis.

De Mediated Matter Group van het Massachusetts Institute of Technology (Cambridhe USA) experimenteert intussen met een zesassige robot waarmee ingewikkelde structuren kunnen worden gesponnen, op een manier die zou zijn afgekeken van de zijderups. In april fabriceerden de Amerikaanse onderzoekers op die manier een compartiment van 3,6 x 3,6 meter, door de robot te programmeren ‘ to act like a silkworm.’ Door verschillende van deze coconachtige ruimten aan elkaar te koppelen, zou volgens de Amerikanen een compleet paviljoen kunnen worden opgebouwd.

Hoewel dergelijke plannen op nogal wat scepcis mogen reken, lijken architecten over de hele wereld overtuigd van de mogelijkheden van 3D printen in de bouw. En ze lijken nog gelijk te krijgen ook. Aanvankelijk leek het of het nog minstens een halve eeuw te zullen duren voordat het eerste serieuze 3D geprinte gebouw realiteit zou worden; inmiddels lijkt het meer een kwestie van enkele jaren. Vraag is vooralsnog welke techniek het gaat winnen.

Emerging Objects: geprint hout

Hout

Naast onderzoek naar robots die betonnen huizen printen, wordt er ook serieus nagedacht over hybride installaties, waarmee verschillende materialen in één printgang worden aangebracht.

Een voor de hand liggende gedachte is bijvoorbeeld de spouwmuren van een Contour Craftinghuis, meteen maar te vullen met isolatieschuim. Maar er zijn ook andere materialen die zich lenen voor printwerk in de bouw. Het Amerikaanse bedrijf Emerging Objects (Oakland, California) print bijvoorbeeld alle mogelijke voorwerpen uit materialen als beton, nylon, polymeer/cementmengsels (al dan niet vezelversterkt), papier en hout. Emerging Objects ontwikkelde verschillende soorten 3D-geprint hout, gemaakt van mengsels van gerecycled zacht- en hardhout. Door met de mengselsamenstelling te spelen en doordat het hout in laagjes wordt opgebouwd kunnen allerlei structuren en sterktes worden bereikt. Het is blijkbaar ook mogelijk extra vezels toe te voegen wat het hout extra sterk maakt.

O M

2.0, een enkelverdieping huis, gemaakt van zogenaamd laser-sintered bioplastic. Dat resulteert in een 5 bij 8 meter groot gebouw met een futuristiche, vezelachtige structuur die aan beenweefsel doet denken. Dit huis zou niet ter plekke maar als modules in een fabriek worden geprint. Volgens Softkill kunnen de onderdelen in drie weken worden geprint en in een dag worden gemonteerd.

E D

Op hol

3D printen van constructies is niet alleen bouwkundige belofte, het jaagt de verbeelding van architecten behoorlijk op hol. Het Britse architectenbureau Softkill Design presenteerde begin dit jaar plannen voor het zogenaamde Protohouse

16

Meer info:

www.d-shape.com

www.dusarchitects.com

www.contourcrafting.org

www.emergingobjects.com

ADVERTORIAL DEMO-VERSIE

‘Enabling materials innovation’ Het Materials innovation institute, M2i, biedt sinds begin dit jaar een verbreding van haar diensten aan. De kennisorganisatie combineert haar researchactiviteiten nu met een portfolio van commerciële diensten voor de industrie, universiteiten en onderzoeksinstituten.

M2i wil een spilfunctie voor de Neder­ landse materialengemeenschap innemen. De netwerkorganisatie inventariseert de behoefte aan materiaalonderzoek en -ontwikkeling, deze wordt vastgelegd in de High Tech Materials Roadmap. Daarnaast is M2i een belangrijke partner voor de industrie in het coördineren en uitvoeren van spe­ cifieke researchprojecten op het gebied van materialen en hun toepassingen.

Onderzoeksvragen van de industrie worden vertaald naar volwaardige onderzoeksvoorstellen, M2i zoekt de kennispartners uit de industrie en de academische wereld voor het onderzoek, en zorgt voor de financiering van de projecten door middel het samenbrengen van diverse funding-instrumenten en bijdragen uit de industrie.

Pro-actief

De rol van M2i gaat sinds enige tijd verder. Om wetenschappelijk onderzoek om te zetten naar industriële toepassingen zet M2i pro-actief grotere samenwerkingsverbanden op. Meerdere industrieën en universiteiten werken dan in zogenaamde Platforms samen om nieuwe toepassingen technologisch en commercieel mogelijk te maken. Composieten, dunne films en 3D-printen zijn voorbeelden van actuele platforms.

Nieuwe kennis in business

Daarnaast speelt M2i concreet een rol in de overdracht van materiaalkennis naar bedrijven en in de implementatie van onderzoeksresultaten, bijvoorbeeld door nieuwe kennis over materiaalgedrag in te brengen in simulatie-software die door bedrijven kan worden toegepast om hun ontwikkelproces te ver­ snellen. Bedrijven besparen zo veel tijd en kosten.

M2i als bemensingspartner

M2i Human Capital is de nieuwe service die de centrale rol van M2i in het materialen ecosysteem compleet maakt.

M2i Human Capital werft internationaal talent voor PhD- en PostDoc posities voor materiaalonderzoek aan de Ne­ derlandse Universiteiten. Voor de Ne­ derlandse industrie voert M2i Human Capital werving- en selectieopdrachten uit met een hoog specialistengehalte, de zogenaamde Specialist Search. En tot slot ontwikkelt M2i Human Capital een Professionals Program. Dit programma is erop gericht om buitenlandse, talentvolle jonge PhD’s effectief en productief kennis te laten maken met werken in de Nederlandse Industrie. Zij worden ingezet op onderzoeks-, ontwerp- en engineeringsprojecten. Het uiteindelijke doel is hen een goed carrièreperspectief te bieden zodat de kennis die zij in Nederland ontwikkeld hebben ook voor Nederland behouden blijft.

Materials innovation institute (M2i) ondersteunt bedrijven met materiaalonderzoek en -advies om productontwikkeling mogelijk te maken. Materialen zijn overal en zijn niet weg te denken uit ons dagelijkse leven. We rijden auto of gebruiken onze smart phones, meestal zonder erbij stil te staan dat voor deze producten innovatieve, slimme materialen nodig zijn.

Daarbij staan bedrijven voor de uitdaging steeds kosteneffectiever en duurzamer te produceren om internationaal te kunnen blijven concurreren. Materiaalinnovatie speelt een cruciale rol in deze technologische en maatschappelijke ontwikkelingen. Als onafhankelijke netwerkorganisatie voert M2i samen met zo’n 60 industriële en academische partners materiaalonderzoek uit. M2i is de verbindende schakel tussen industrie en kennisinstellingen; identificeert onderzoeksthema’s, definieert integrale programma’s en coördineert de projecten. Momenteel lopen ruim 100 onderzoeken op verschillende universiteiten, zoals materiaalmodellering om gedrag bij bepaalde omstandigheden te analyseren, of experimenteel onderzoek in nieuwe materiaalsamenstellingen.

Meer informatie op www.m2i.nl, en rechtstreeks contact via email info@m2i.nl of telefoon 0880351900.

17

BERICHTEN DEMO-VERSIE

BERICHTEN

Innovatieve Materialen nummer 2 4 2014 2015

Innovatieve Materialen nummer 2 4 2014 2015

O M

Opblaasbeton

E D

Grote koepels van beton worden niet vaak meer gebouwd. Dat komt vooral vanwege de benodigde hulpconstructies die zulke gebouwen relatief duur maken. Dat kan anders. Aan de TU Wien werd een methode ontwikkeld waarmee een platte betonnen plaat als het ware wordt opgeblazen tot een stabiele bol.

Een onderzoeksgroep van prof. ­Johann Kollegger en Dipl.Ing. Benjamin Kromoser, beiden van het Institut für Tragkonstruktionen van de TU Wien, zegt een nieuwe bouw­methode te hebben waarmee de constructie van betonnen koepels een stuk goedkoper kan. Met de zogenaamde Pneumatic Wedge Me­ thode wordt een platte betonnen plaat als het ware opgeblazen tot een stabiele bol. Volgens de onderzoekers uit Wenen zouden op deze manier koepels kunnen worden gemaakt met een diameter van vijftig meter of meer. Dezelfde techniek zou ook geschikt zijn voor het maken van grote boogconstructies. Inmiddels is de methode gepatenteerd.

Kollenegger vergeleek zijn methode met de schil van een halve sinaasappel, die partjesgewijs wordt ingesneden en dan plat op de grond gedrukt. De methode van Kollenegger werkt precies anders­ om.

Het idee is als volgt. Eerst wordt een platte betonnen plaat op de vloer gemaakt van beton. De truc zit in de geometrische vorm. De plaat is op een nauwkeurig berekende manier in partjes opgedeeld, met tussen diezelfde partjes

18

wigvormige uitsparingen. Na uitharding wordt de plaat met behulp van een opblaasbaar kussen van onderaf omhoog gebracht. Tegelijk wordt de rand van de plaat met behulp van een stalen band samengetrokken zodat er uiteindelijk

Innovatieve Materialen nummer 4 2015

een bolvormige constructie ontstaat. Om te garanderen dat alle betondelen gelijkmatig buigen, zijn ze met stalen dwarsbalken verbonden. Bij een experiment in Wenen was de bol binnen twee uur gevormd, met een hoogte van 2.9 meter.

Ten slotte wordt het geheel gepleisterd tot een gladde koepel.

Terwijl het beton buigt, ontstaan er weliswaar scheurtjes, maar volgens de onderzoekers is dat voor de stabiliteit van de koepel geen enkel probleem. Er geldt het principe van de stenen bogen uit de oudheid waarbij iedere losse steen in de boog de ander als het ware vasthoudt waardoor er een stabiele constructie ontstaat.

O M

frastruktur AG) zouden interesse hebben getoond en inmiddels opdracht gegeven voor een ont­werpproject op basis van de nieuwe bouwmethode voor een wildviaduct over twee hogesnelheidslijnen in Karinthië.

E D

Bron: Institut für Tragkonstruktionen van de TU Wien

Ontwerpvrijheid

Bij het experiment in Wenen is overigens bewust uitgegaan van een langwerpige koepel en niet van een halfronde bol.

Volgens Benjamin Kromoser is daar expres voor gekozen om aan te tonen dat ook meer gecompliceerde ronde vormen met deze methode kunnen worden gemaakt. Kwestie van een goed uitgerekend betonplaatontwerp en slim ingezette luchtkussens. Volgens Kromoser leidt de Pneumatic Wedge Methode tot veel grotere ontwerp­vrijheid tegen een relatief lage prijs. Hij schat dat de methode de helft kost van conventionele manier van construeren.

Het team van Kollenegger en Kromoser hopen intussen op commercieel succes.

De Oostenrijkse Spoorwegen (OEBB-In-

19

Video

INNOVATIEVE MATERIALEN Innovatieve Materialen is ontstaan uit de vraag van de bouw- en GWW-sector naar informatie over nieuwe en of innovatief toegepaste materialen.

Dat komt doordat opdrachtgevers steeds strengere eisen stellen aan materiaalgebruik: duurzaamheid, C2C en carbon footprint. Ook leggen grote, opdrachtgevende partijen meer en meer verantwoordelijkheid bij de markt. Door te kiezen voor slimme, duurzame, innovatieve materialen zien marktpartijen meer mogelijkheden zich te onderscheiden.

Innovatieve Materialen wil ze daarbij helpen door als platform vraag en aanbod bij elkaar te brengen.

Het idee daarachter is dat de Nederlandse bouwsector tot dusver was ‘verzuild’ op basis van materiaalsoorten. Kennis is vaak georganiseerd binnen materiaalclusters. Dat is jammer, want daardoor worden veel kansen niet benut.

Daar kan en wil Innovatieve materialen een rol in spelen. Daarom is Innovatieve Materialen begin 2015 een samenwer­ kingsverband aangegaan met Stichting MaterialDesign. Daarmee verbreedt Innovatieve Materialen haar veld in de richting van design en het ontwerp van materialen in het algemeen.

INNOVATIEVE MATERIALEN Innovatieve Materialen is een vaktijdschrift over ontwikkelingen op het gebied van duurzame, innovatieve materialen en/of de toepassing daarvan in bijzondere constructies.

Uitgeverij SJP Uitgevers

Postbus 861 4200 AW Gorinchem tel. (0183) 66 08 08 e-mail: info@innovatievematerialen.nl

Abonnementen Digitaal en papier

Innovatieve Materialen verschijnt in twee vormen: digitaal en papier. De eerste (in swf- en/of pdf-formaat) heeft als voordeel dat er achterliggende digitale informatie aan de tekst wordt gekoppeld. Met een klik naar de website van een bedrijfspresentatie of verdiepende video-informatie. Een vaktijdschrift met filmpjes.

De klassieke papieren versie wordt gemaakt in verband met een betere bewaarfunctie. Beide worden overigens ook in combinatie aangeboden.

Een digitaal abonnement in 2016 (6 uitgaven) kost € 25,00 (excl. BTW) www.innovatievematerialen.nl