Betonprint i 3D vil sætte en stopper for kedelige bygninger

Byggeri er en af ​​de største industrier i verdensøkonomien – til en værdi af 10 billioner A$ globalt (svarende til 13 % af BNP).

Men byggeriet har i årtier lidt under bemærkelsesværdig dårlig produktivitet sammenlignet med andre sektorer. Mens landbrug og fremstilling har øget produktiviteten 10-15 gange siden 1950'erne, byggeriet forbliver fast på samme niveau som for 80 år siden.

Det er fordi konstruktionen stort set forbliver manuel, mens fremstillingsindustrien og andre industrier har gjort betydelige fremskridt i brugen af ​​digital, sensor- og automatiseringsteknologier.

Vi og andre forskningsgrupper ser 3-D-printet beton som en mulig løsning på disse problemer. Teknikken vil sandsynligvis også give arkitekter frihed til at injicere mere kreativitet i deres design til nye strukturer.

Problemer i byggeriet

Vores moderne civile infrastruktur er næsten udelukkende bygget med beton. Vi bruger mere end 20 milliarder tons beton om året. Det eneste materiale, vi bruger mere end det, er vand.

Byggebranchen står over for en række alvorlige problemer, bl. herunder lav arbejdseffektivitet og høje ulykkesrater på byggepladser. Ifølge Australian Bureau of Statistics, byggebranchen har den højeste andel af arbejdsrelaterede skader (59 pr. 1000 arbejdere).

Der er også vanskeligheder med kvalitetskontrol på byggepladser, høje niveauer af affald og kulstofemissioner, omkostningsudblæsninger, og udfordringer med at styre store arbejdspladser med en forsvindende kvalificeret arbejdsstyrke.

Disruptive teknologier som 3-D betonprint kan tilbyde løsninger.

Fordelene ved 3-D betonprint

3-D konstruktion bruger additive fremstillingsteknikker, hvilket betyder, at objekter er konstrueret ved at tilføje lag af materiale.

Konventionelle fremgangsmåder til konstruktion involverer støbning af beton i en form (kendt som forskalling). Men additiv konstruktion kombinerer digital teknologi og ny indsigt fra materialeteknologi for at tillade fri formkonstruktion uden brug af forskalling.

Eliminering af omkostningerne ved forskalling er den største økonomiske drivkraft for 3-D betonprint. Bygget af materialer som træ, forskalling udgør omkring 60 % af de samlede omkostninger ved betonbyggeri. Det er også en væsentlig kilde til affald, givet, at det kasseres før eller siden. Ifølge en undersøgelse fra 2011, byggeindustrien genererer 80 % af det samlede affald på verdensplan.

At hælde beton i forskalling begrænser også arkitekters kreativitet til at bygge unikke former, medmindre der betales meget høje omkostninger til skræddersyet forskalling. Fri-form additiv konstruktion kunne forbedre det arkitektoniske udtryk. Omkostningerne ved at producere en strukturel komponent vil ikke være bundet til formen, så byggeriet kunne frigøres fra de rektangulære designs, der er så velkendte i den nuværende bygningsarkitektur.

Hvad vi kunne bygge

3-D betonprint er ved at blive udforsket til brug ved konstruktion af huse, broer, bygninger og endda vindmølletårne.

Huse

Dette 3-D-printede betonhus blev bygget på 24 timer under en hård russisk vinter. Det var det første sådant hus, der blev bygget på et enkelt sted.

Broer

En 8-meter 3-D-printet betonbro til cyklister blev afsløret i Holland sidste år. Broen, som blev trykt af Eindhoven University of Technology, har mere end 800 lag og tog tre måneder at printe.

Indviklede strukturer

3-D betonprint har en fordel i forhold til konventionelle byggemetoder, når det kommer til at bygge ikke-retlineære former, såsom buede former med indviklede detaljer.

Det er stadig tidlige dage

Dette forskningsfelt er stadig i sin vorden.

Den største hindring i udviklingen af ​​beton 3-D print er selve betonen. Konventionel beton i sin nuværende form er ikke egnet til 3-D print, så nye og innovative alternativer skal udvikles.

Forskere udforsker forskellige typer beton. Betonen til 3D-print må ikke sætte sig, når den er inde i printeren, men det skal stivne og styrke så hurtigt som muligt efter det er ekstruderet. Denne form for beton kaldes "set-on-demand".

Når det kommer til faktisk at printe betonen, specielle printere er nødvendige. Typisk, printerens størrelse skal være større end den komponent, der udskrives. Imidlertid, forskere udforsker printere eller robotter, der kan "klatre" på dele af betonen, der allerede er sat for at udskrive andre sektioner.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.