Interview:Dr. Richard Buswell van Loughborough University

De University of Loughborough loopt al meer dan tien jaar voorop bij het opzetten van additive manufacturing in de bouwsector. De School of Civil and Building Engineering heeft veel lof gekregen met zijn innovatieve proces voor 3D-printen met beton, en werkt nauw samen met marktleiders zoals Skanska en het Manufacturing Technology Center om dit te ontwikkelen als een levensvatbaar hulpmiddel voor een breed scala aan bouwtoepassingen.

RP Platform had het geluk om met Dr. Richard Buswell om de tafel te zitten om het baanbrekende onderzoek in Loughborough te bespreken, de uitdaging om een ​​nieuwe technologie te introduceren in een conservatieve industrie, en het aandeel van AM in een bredere beweging naar automatisering in de hele sector.

Hoe raakte u oorspronkelijk geïnteresseerd in 3D-printen?

Mijn achtergrond is het bouwen van energieprestaties. Daar ben ik op gepromoveerd, maar op dat moment waren er wat gesprekken gaande tussen onze afdelingen civiele techniek en werktuigbouwkunde over additive manufacturing, wat mijn interesse wekte en vanaf dat moment raakte ik betrokken.

Vertel me wat meer over een deel van het onderzoek dat je op dit moment doet naar 3D-printen in Loughborough...

We hebben in 2004 een aantal verkennende onderzoeken gedaan rond het idee van additive manufacturing, maar het duurde tot 2006 toen we onze eerste grote subsidie ​​kregen. De Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) startte een landelijk initiatief op het gebied van innovatieve productiecentra van uitmuntendheid, en Loughborough was daar een van. Dit gaf ons het platform om dit 'blauwe lucht'-werk naar voren te brengen, dat natuurlijk was:"Kunnen we additieve fabricage gebruiken in de bouw?"

Het was een open vraag. Wat gaan we printen? Hoe zouden we het printen? Geen van die antwoorden was er. In 2011 hebben we onze concrete 3D-printtechnologie ontwikkeld en in de jaren daarna hebben we geprobeerd die te commercialiseren door samen te werken met mensen als Hyundai en (meer recentelijk) Skanska om de technologie naar buiten te brengen.

We kwamen met een idee en we hebben de levensvatbaarheid ervan in het laboratorium bewezen, maar als het poten heeft, moet het de industriële arena in.

Hoe ben je tot 3D-printen van beton gekomen, in tegenstelling tot andere materialen?

Dit is een goede vraag. Het komt allemaal neer op de functionaliteit van de componenten die je wilt maken. Wij maken gebouwen van glas, staal, hout, gips, beton en klei. Er zijn zeer goede redenen waarom we deze materialen gebruiken. Ze zijn over het algemeen redelijk lokaal geproduceerd (met name klei en beton), ze zijn zeer robuust en duurzaam, en de industrie begrijpt ze. Als je iets gaat produceren dat deel gaat uitmaken van een gebouw, moet het in principe geschikt zijn voor het beoogde doel. De bouw is een sector die met zeer lage marges opereert. Een paar procent winst is typisch voor grote bedrijven, dus je zult geen exotische materialen uit het ruimtetijdperk in de meeste gebouwen krijgen. U wilt materialen gebruiken die relatief goedkoop, gemakkelijk verkrijgbaar en geschikt zijn voor het beoogde doel.

We hebben hier veel discussies over gehad; welke van de beschikbare materialen zou u kunnen toepassen op additive manufacturing? Klei, zeker. Aan de andere kant, als je het hebt over stalen balken en liggers, zijn er redenen waarom we dat soort dingen maken met bekende methoden. Metaalsinteren met staal is een proces met hoge energie en je moet ook rekening houden met alle voorbereidingskosten van de materialen, dus het is geen voor de hand liggende keuze voor constructie.

Als het erop aankomt, is beton een heel goed materiaal. Als we een homogene, goed gecompacte mix hebben - of het nu gegoten of gedrukt is - weten we min of meer hoe het zal presteren. We weten dat we het kunnen versterken om buigcapaciteit te krijgen, en in combinatie daarmee is er veel werk geweest aan spuitbeton, een oudere neef van 3D-betonprinten.

Mijn collega, professor Simon Austin, die een partner is geweest in dit werk, heeft zijn hele carrière besteed aan het kijken naar spuitbeton voor reparatie. Bij bruggen bijvoorbeeld breekt het beton eronder soms weg zodat je de wapening kunt zien. Je kunt er beton op spuiten om het te repareren. Er was veel werk verzet aan de reologie [de studie van de stroom van materie] van die mengsels in Loughborough, dus het leek een natuurlijke uitbreiding om van het spuiten van beton naar het extruderen ervan te gaan.

Waar het op neerkomt, is dat we een goed materiaal hebben dat de industrie kent en begrijpt. We weten iets over de reologie en hoe we het kunnen laten doen wat we willen, en als je het eenmaal extrudeert, kun je het in drie dimensies plaatsen. Het leek een verstandige stap.

Hoe is de acceptatie sindsdien geweest?

Het idee van 3D-printen met beton groeit in hoog tempo. Internationaal lopen er momenteel 30-40 projecten op dit gebied. Een groot aantal kijkt naar extrusie en het bouwen van verticale wanden ter plaatse, terwijl we oorspronkelijk keken naar het genereren van componenten die in gebouwen worden geassembleerd. Over het algemeen is er wereldwijd veel belangstelling. Op dit moment houdt de industrie de technologie in de gaten — ze begrijpt alleen waar het naartoe kan gaan en wat de mogelijkheden zijn.

Ik denk dat er nog geen duidelijk afgebakende markt is. Er zijn al deze verschillende ideeën (mensen hebben bijvoorbeeld gekeken naar het printen van goedkope woningen), maar totdat iemand een serieuze zakelijke entiteit opricht die daadwerkelijk inkomsten genereert, zullen we het niet weten. Zo was het ook in de begindagen van additive manufacturing:het is geweldig voor prototyping, maar waar is het nog meer goed voor?

We zitten nog in die eerste fase, want de bouwsector is behoorlijk conservatief. Het is nog vrij nieuw voor het hele concept van 3D-modellering. Ik denk dat er nog een lange weg te gaan is, maar als één persoon het eenmaal heeft gedaan, gaan mensen nadenken over hoe ze deze technologieën kunnen toepassen en groeit het vertrouwen.

Wat voor soort toepassingen overweegt u op dit moment?

Tijdens de reis was dit een van de grote vragen. Wat ga je ermee maken? Waar is de markt? Bij Loughborough hebben we een bankstuk gemaakt - een kunstinstallatie. Dat is duidelijk een applicatie. Ik denk dat er een toenemende trend is dat mensen dit soort op maat gemaakte dingen willen, dus zou deze technologie niet op een bepaald niveau in die markt kunnen spelen?

Wanneer architecten en hun klanten gebogen panelen of gecompliceerde vormen willen - alles waarvoor een mal nodig is - wordt het snel onbetaalbaar, en hoewel het bij AM niet goedkoop zal zijn, kan het een gecompliceerd ontwerp tot een concurrerende optie maken. Als je er een concurrerende optie van maakt, dan is er een markt voor.

Ik denk dat dit allemaal deel uitmaakt van de bredere beweging naar automatisering in de bouw - het verwijderen van handenarbeid. Vooral in het VK, voor al het infrastructuurwerk dat de komende 20-30 jaar gaat gebeuren - alle grote civiele projecten - is er gewoon niet het werk om het te doen. Er is dus een grote drive om te kijken hoe automatisering kan helpen. Bouwautomatisering is een onaangeboorde markt, dus hier speelt een veel groter geheel. 3D-printen is een mooi speerpunt en ik weet zeker dat het een niche zal krijgen, dus ik denk dat we er de komende jaren meer van gaan zien op dit gebied. Het Manufacturing Technology Center gebruikt bijvoorbeeld al ons 3D-printproject met Skanska om zijn vleugel voor bouwautomatisering te ontwikkelen.

Wat voor bredere trends in de richting van automatisering zie je momenteel in de bouwwereld?

Sommige mensen vergelijken dit met de transitie die de auto-industrie doormaakte toen ze overstapte naar geautomatiseerde lijnen. We kijken naar twee zeer handmatige industrieën, waar gezondheid en veiligheid de belangrijkste drijfveer zijn. Mensen in gevaar brengen, omgaan met schadelijke materialen, de levenslange gevolgen van zwaar handwerk… Al die zaken zijn uiterst belangrijk voor de gezondheid van het land. We zijn ook een natie die ouder zal worden, dus we zullen geen miljoenen 20-jarigen hebben om dingen op te tillen! Dingen zoals het maken van luiken ter plaatse, werken in de grond of op hoogte... Als je in dit soort gevaarlijke omgevingen het aantal mensen dat erin werkt zou kunnen verminderen, zou je de kans op ongelukken kunnen verkleinen.

De uitdaging zal zijn, hoe de industrie dat daadwerkelijk voor elkaar krijgt. Het zal het hele bouwproces beïnvloeden, waar alles moet worden gepland om op een bepaalde manier te worden geproduceerd en vervaardigd. In een fabriek waar je componenten maakt, ben je misschien beter in staat om geautomatiseerde methoden te introduceren, maar on-site operaties zijn een uitdaging, omdat automatisering met alle andere elementen moet werken.

Het is geen onbeduidende stap om te maken; we hebben het over decennia. Er gaan grote veranderingen plaatsvinden over een lange periode. Met betonprinten denk ik dat het altijd de moeite waard is om na te denken over de kleinere additieven, toen het voor het eerst verscheen in de jaren tachtig. Het vindt nu pas echt zijn niches en zijn markten. Het is een lange ontwikkelperiode! We zijn pas tien jaar verder, maar in die tien jaar hebben we wereldwijd een enorme versnelling van de belangstelling gezien en zijn mensen begonnen met deze technologie te werken. Het betekent dat internationaal mensen zich beginnen te mengen in het grotere geheel, maar in termen van het commercieel realiseren ervan, wie weet...

Om echt ingang te vinden in de industrie, denk ik dat we het over 10-20 jaar hebben, maar als we kijken naar enkele van de vroege succesverhalen, zou het eerder kunnen zijn dan dat.

Wat staat u in de zeer nabije toekomst te wachten op het gebied van 3D-printen waar u het meest enthousiast over bent?

Wat de afgelopen jaren geweldig is geweest, is dat er internationaal een enorme explosie van interesse lijkt te zijn. Ik denk dat de 3D-geprinte huizen van Winsun iedereen echt rechtop hebben gezet, dus hebben ze de schijnwerpers naar het gebied gebracht. Daarachter zit een RILEM-commissie waar ik deel van uitmaak die zich bezighoudt met concrete reologie en technologie. We werken eraan om meer inzicht te krijgen in de technische behandeling van de cementmortels die worden gebruikt bij het printen van beton vanuit een materiaalwetenschappelijk oogpunt. Dat zal dan het begrip vergroten en toekomstige bouwtoepassingen ondersteunen.

http://www.lboro.ac.uk/enterprise/3dcp/