3D-printen verandert de bouwsector

De bouwsector verandert, omdat 3D-printen het goedkoper en sneller maakt om gebouwen en andere constructies te bouwen door bouwprocessen te automatiseren met behulp van robotoplossingen die beton extruderen. In de afgelopen vijf jaar begon 3D-constructieprinten (3DCP) de proliferatie van AM-toepassingen en verbeteringen in andere sectoren, zoals de gezondheidszorg en de industrie, in te halen, waardoor een van 's werelds grootste industrieën fundamenteel veranderde.

Inzicht in de 3D-bouwdrukindustrie

3D-printers die voor de bouw worden gebruikt, vallen over het algemeen in twee categorieën:opstellingen in portaalstijl en robotarmen, waarbij de eerste de dominante oplossing is voor het on-site printen van volledige bouwconstructies. Bovendien worden spelers in de 3D-bouwprintindustrie gecategoriseerd door ofwel uitsluitend technologieleveranciers te zijn (zoals COBOD International); end-to-end turnkey bouwleveranciers die ook optreden als aannemers, met behulp van hun eigen gepatenteerde materialen; of zelfs als algemene aannemers die de volledige bouw van nieuwe gebouwen van begin tot eind beheren.

Het gebruik van 3D-constructieprinten is de afgelopen vijf jaar snel gegroeid, niet alleen in termen van gemaakte gebouwen, maar ook met betrekking tot het type gebouw of constructies dat wordt gemaakt. Om een ​​paar 3DCP-toepassingen en voorbeelden te noemen:alleen de machines van COBOD zijn door onze partners gebruikt om gebouwen van één, twee of drie verdiepingen te printen tot 4.100 ft2 (bijv. PERI Group.) Ze hebben scholen gebouwd (Holcim/14 Trees), windturbinetorens op 30 ft (GE Renewable Energy) en vele andere constructies op zes continenten.

Voor woningen, die tot nu toe het meest interessante gebied waren, rekent 3DCP tot maximaal 45 procent van de totale kosten van de bouw van het gebouw. Dit komt omdat sommige kostensoorten nog niet kunnen worden aangepakt door de printtechnologie:deze omvatten afwerking/oppervlakken, ramen, deuren en verborgen componenten zoals mechanica, elektriciteit of sanitair. Voor meer commerciële en industriële toepassingen zoals de torens van windturbines, richt de technologie zich op een veel hoger percentage, tot wel 80 procent van de totale kosten.

Nu de 3DCP-markt nog in de kinderschoenen staat, zijn schattingen van de marktomvang voor de industrie nog te voorbarig om te vertrouwen. Vanwege de omvang van de bouwmarkt zou de marktomvang echter nog steeds enorm zijn als 3DCP op slechts 0,01 procent van de bouwplaatsen zou worden gebruikt.

Waarom neemt 3D-constructieprinten een vlucht?

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

Automatisering die kosten verlaagt:de bouwsector is een van de minst geautomatiseerde/gedigitaliseerde sectoren van alle sectoren met een groot potentieel voor productiviteitsverhoging. Van 1947 tot 2010 nam in de VS de productiviteit toe met 8× in de industrie en met 16× in de landbouw, terwijl de bouw nauwelijks productiviteitswinst boekte. Als gevolg van deze en andere factoren zijn de kosten van het kopen van een huis de afgelopen jaren dramatisch gestegen, wat gedeeltelijk heeft geleid tot een steeds grotere mismatch tussen vraag en aanbod, waarbij alleen al de VS te maken hebben met een gat van vier miljoen huizen. De situatie is de laatste tijd verslechterd door dramatische stijgingen van de materiaalprijzen (bijvoorbeeld hout en staal) en een algemeen gebrek aan geschoolde arbeidskrachten. Hoewel 3DCP alleen al deze structurele problemen niet kan oplossen, verlaagt het automatiseren van processen de kosten door het tekort aan arbeidskrachten aan te pakken, waarbij de printers slechts met 3 mensen werken. De laatste tijd zijn er ook oplossingen ontwikkeld door onder andere COBOD waardoor het mogelijk is om gewoon beton te gebruiken voor 3DCP (in plaats van de vele malen duurdere mortels), een van de goedkoopste bouwmaterialen ter wereld.

Verbeterde snelheid voor snellere projectuitvoering:door de toegenomen ervaring met het beheersen van het gebruik 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 die in slechts vijf werkdagen 3D worden geprint. Hetzelfde doen met conventionele methoden, zoals het inlijsten van stokken of metselwerk, zou aanzienlijk langer duren en er zouden meer werknemers bij betrokken zijn. Als voorbeeld van de gemakkelijke leercurve van 3DCP:het kostte onze partner PERI Group in 2020 36 dagen om hun eerste gebouw, een huis met 2 verdiepingen van 1700 ft2 in Duitsland, in 3D te printen. Dit komt overeen met het maken van ongeveer 50 ft2 per dag. Toen ze een paar maanden later hun tweede projecten voltooiden, een veel grotere 3 verdiepingen tellende unit van 4.100 ft2 met vijf appartementen, verminderden ze de printtijd tot slechts 21 dagen, wat overeenkomt met ongeveer 200 ft2 per dag. Ze verviervoudigden hun productiviteit van het eerste naar het tweede project. Hoe veel verder zullen ze de printtijd terugbrengen bij het uitvoeren van hun 10e project? Hoe zit het met project nummer 100? Met slechts een verdubbeling van de productiviteit - en dat lijkt zeer waarschijnlijk op basis van de resultaten tot nu toe - zal de doelstelling van vijf werkdagen voor een gebouw van 2.000 ft2 binnenkort worden bereikt.

De toekomst van 3D-printen in de bouw

3DCP wordt natuurlijk geconfronteerd met barrières om zijn volledige potentieel te ontsluiten, zoals bijgewerkte bouwvoorschriften/normen en bijscholing van arbeidskrachten. We zijn er echter zeker van dat de technologie de bouwsector van de ene technologische S-curve naar de andere zal brengen, met de bovengenoemde voordelen en meer met zich mee.

Vergelijk de eerste pc-laptops en mobiele telefoons van de jaren tachtig met hun huidige tegenhangers:3DCP begint aan een gelijkaardige reis van verbetering en wijdverbreid gebruik dat wordt ervaren door deze andere baanbrekende technologieën, aangedreven door drie factoren. Ten eerste zullen de printers betrouwbaarder en sneller worden. Ten tweede zullen de 3D-printers in schaal toenemen, waardoor grotere projecten mogelijk zijn. Het is dus waarschijnlijk dat we binnen een jaar drukkerijen zullen zien die gebouwen tot vijf of zelfs zes verdiepingen kunnen printen. Ten derde zullen nieuwe use-cases worden ontwikkeld, bijvoorbeeld een grotere focus op commerciële gebouwen en constructies, niet alleen op woningen, waar de 3DCP-technologie een groter deel van de totale kosten kan dekken.