Bouw Revolutie: 3D-Printen Versnelt en Verlaagt Kosten

De bouwindustrie verandert, doordat 3D-printen het goedkoper en sneller maakt om gebouwen en andere structuren te construeren door bouwprocessen te automatiseren met robotische oplossingen die beton uitextruderen. In de afgelopen vijf jaar heeft 3D-bouwprinten (3DCP) begonnen in te halen op de proliferatie van AM-toepassingen en verbeteringen die in andere industrieën zoals gezondheidszorg en industrie zijn gezien, fundamenteel veranderend een van 's werelds grootste industrieën.

De 3D-Bouwprintindustrie Begrijpen

3D-printers die voor bouw worden gebruikt, vallen doorgaans in twee categorieën: portaal-opstellingen en robotarmen, waarbij de eerste de dominante oplossing is voor on-site printen van gehele gebouwstructuren. Daarnaast worden spelers in de 3D-bouwprintindustrie gecategoriseerd als uitsluitend technologieleveranciers (zoals COBOD International); end-to-end turnkey bouwleveranciers die ook als aannemers optreden, met hun eigen eigen materialen; of zelfs als algemene aannemers die de gehele bouw van nieuwe gebouwen van start tot finish managen.

Het gebruik van 3D-bouwprinten is de afgelopen vijf jaar snel gegroeid, niet alleen in termen van gebouwen gemaakt, maar ook wat betreft het type gebouwen of structuren dat gemaakt wordt. Om er een paar te noemen: COBOD's machines zijn door partners gebruikt om een-, twee- en drieverdiepingen gebouwen tot 4.100 ft² te printen (bijv. PERI Groep). Ze bouwden scholen (Holcim/14 Trees), windturbine torenbases van 30 ft (GE Renewable Energy), en veel andere structuren op zes continenten.

Voor woningbouw, wat het meest interesse heeft getrokken tot nu toe, adresseert 3DCP tot maximaal 45 procent van de totale kosten van het construeren van het gebouw. Dit komt omdat sommige kostensoorten nog niet door de printtechnologie kunnen worden aangesproken: deze omvatten afwerking/oppervlakken, ramen, deuren, en verborgen componenten zoals mechanische, elektrische of sanitair installaties. Voor meer commerciële en industriële toepassingen zoals windturbine torens, adresseert de technologie een veel hoger percentage, tot 80 procent van de totale kosten.

Met de 3DCP-markt nog in de kinderschoenen, zijn marktomvangsschattingen voor de industrie nog te onbetrouwbaar. Toch, gezien de grootte van de bouwmarkt, zou de marktomvang nog massaal zijn als 3DCP op slechts 0,01 procent van de bouwplaatsen zou worden gebruikt.

Waarom Neemt 3D-Bouwprinten Zo Toe?

Er zijn vier belangrijke voordelen van 3DCP: automatisering, snelheid, verbeterde duurzaamheid, en toegevoegde ontwerpvrijheid. Hier zal ik alleen de eerste twee voordelen aanraken.

Automatisering verlaagt kosten: De bouwindustrie is een van de minst geautomatiseerde/gedigitaliseerde sectoren met een groot potentieel voor productiviteitsverhoging. Van 1947 tot 2010 in de VS, steeg de productiviteit 8x in de productie en 16x voor landbouw, terwijl de bouw nauwelijks productiviteitswinsten zag. Als gevolg van dit en andere factoren, is de kosten van het verwerven van een woning in de afgelopen jaren dramatisch gestegen, deels genererend een steeds groter mismatch tussen aanbod en vraag, met de VS alleen al met een gap van vier miljoen woningen. De situatie is recentelijk verergerd door dramatische stijgingen in materiaalprijzen (bijv. hout en staal) en een algemene tekort aan geschoolde arbeidskrachten. Hoewel 3DCP niet al deze structurele problemen kan oplossen, verlaagt het automatiseren van processen de kosten door het arbeidstekort aan te pakken, met printers die slechts 3 mensen nodig hebben om te bedienen. Recent zijn oplossingen ontwikkeld, onder andere door COBOD, waardoor het mogelijk is om gewoon beton te gebruiken voor 3DCP (in plaats van de vele keren duurdere mortels), een van 's werelds goedkoopste bouwmaterialen.

Verbeterde snelheid voor snellere projectuitvoering: Door de toegenomen ervaring met het meesteren van de 3DCP-technologie door steeds meer bedrijven, zijn we niet ver verwijderd van het zien van de muren van een typisch 2.000 ft² huis dat in slechts vijf werkdagen wordt 3D-geprint. Hetzelfde doen met conventionele methoden zoals staafbouw of metsellarij zou aanzienlijk langer duren en meer werkers involveren. Als voorbeeld van de makkelijke leercurve van 3DCP, duurde het in 2020 36 dagen voor onze partner PERI Groep om hun eerste gebouw te 3D-printen, een 2-verdiepings 1.700 ft² huis in Duitsland. Dit is equivalent aan ongeveer 50 ft² per dag. Toen ze hun tweede projecten een paar maanden later voltooiden, een veel groter 3-verdiepings 4.100 ft² vijf-appartementen eenheid, verminderden ze de printtijd tot slechts 21 dagen, equivalent aan ongeveer 200 ft² per dag. Ze verdrievoudigden hun productiviteit van het eerste naar het tweede project. Hoe veel verder zullen ze de printtijd drukken bij hun 10e project? Wat over project nummer 100? Met slechts een verdubbeling van de productiviteit - en dat lijkt zeer waarschijnlijk op basis van de resultaten tot nu toe - zal het vijf-werkdagen doel voor een 2.000 ft² gebouw binnenkort bereikt worden.

De Toekomst van 3D-Printen in de Bouw

3DCP staat natuurlijk voor barrières om zijn volledige potentieel te ontgrendelen, zoals bijgewerkte bouwcodes/standaarden en opkwalificering van arbeid. Echter, we zijn ervan overtuigd dat de technologie de bouwindustrie van de ene technologische S-curve naar de volgende zal brengen, met de bovengenoemde voordelen en meer.

Vergelijk de eerste PC-laptops en mobiele telefoons uit de jaren '80 met hun tegenhangers vandaag: 3DCP zal een vergelijkbare reis van verbetering en wijdverspreid gebruik ondergaan, gedreven door drie factoren. Ten eerste zullen de printers betrouwbaarder en sneller worden. Ten tweede zullen de 3D-printers in schaal toenemen, wat grotere projecten mogelijk maakt. Dus is het waarschijnlijk dat binnen een jaar we printers gaan zien die gebouwen tot vijf of zelfs zes verdiepingen kunnen printen. Ten derde zullen nieuwe use cases worden ontwikkeld, bijv. een grotere focus op commerciële gebouwen en structuren, niet alleen woningbouw, waar de 3DCP-technologie een groter deel van de totale kosten kan adresseren.