Je leest:

Gebouwen uit de printer

Gebouwen uit de printer

Auteur: | 2 mei 2011

Een hypermoderne ‘printer’ van 3D-prototypes bouwt wiskundige kunstwerken in beton. Nu zijn het nog aardse werken, maar in de toekomst wordt misschien gebouwd op de maan.

Dit is het slot van een ‘trilogie’ rond het uitzonderlijke oeuvre van de Nederlandse wiskundige kunstenaar Rinus Roelofs. Het eerste deel voerde ons via de geweven koepels van Leonardo da Vinci naar het oude Egypte. Het tweede deel handelde het over Da Vinci zelf, die door Roelofs zowaar betrapt werd op een fout.

In dit derde deel bereikt het weefverhaal het futuristische tijdperk: een reusachtige 3D-printer laat toe computerbeelden direct te ‘concretiseren’ in beton. De Universiteit Twente heeft Roelofs in maart gevraagd een serie van vier beelden te maken met de futuristische betonprinter, als symbool voor de wiskundige en kunstzinnige blik van de universiteit naar de toekomst.

Medium
Kunstwerk van Rinus Roelofs in Arte Sella in Noord-Italië.

De wiskunde brengt al lang niet meer alleen maar eenvoudige veelhoeken of veelvlakken voort. Kon men in Griekse tijden de wiskundige vormen nog eenvoudigweg in steen houwen, dan werd hiervoor in de renaissance al een beroep gedaan op ware vaklui, met een afzonderlijke gilde. De huidige wiskundige vormen zijn echter nog ingewikkelder, zodat een uitvoering in steen of beton niet voor de hand ligt.

Large

De stapsgewijze verwezenlijking van een ingewikkelde wiskundige vorm, te zien in Coevorden, dicht bij Hengelo.

Bekisting

Roelofs maakte eerder een vorm met schijnbaar twee op elkaar gestapelde lagen van aan elkaar geschakelde zeshoeken. In werkelijkheid bestaat ze slechts uit één enkele laag die onder en tussen zichzelf kruipt. Roelofs wou dit werk uitvoeren op grote schaal, in beton, maar het maken van de bekisting vormde een probleem.

Gelukkig kon hij het werk opsplitsen zodat één elementair stukje volstond, waarvan vele kopieën daarna samen het gehele kunstwerk kunnen maken. Bovendien kon het elementaire stuk zelfs een vlakke vorm aannemen, wat het maken van de bekisting vereenvoudigde.

Bekistingen hoeven vandaag de dag niet noodzakelijk meer met houten plankjes gemaakt te worden, en er bestaan alternatieven zoals het ‘spuitbeton’, dat zich met een soort verfpistool op een drager laat spuiten.

Maar een manuele tussenkomst van de professionele bouwers blijft onontbeerlijk. Zij moeten in staat zijn om zijn ingewikkelde plannen te lezen en uit te voeren – en deze technici zijn duur. De huidige computertechnologie en 3D-CAD-software laat toe om allerhande vormen te bedenken, maar de bestaande bouwmethodes verhinderen dat alle mogelijkheden worden benut.

Bouwprinter

Dat was ook het probleem waar Roelofs voor stond. Gelukkig had hij begin 2009 de Italiaan Enrico Dini ontmoet op een congres op de universiteit van Eindhoven. Deze ingenieur had de firma D-Shape opgericht, waarmee hij het printen van driedimensionale voorwerpen vanuit CAD-tekeningen voor grote objecten wou toepassen. De firma had al een werk laten uitvoeren van de Londense architect Andrea Morgante, bij wijze van demonstratie. Zodra Roelofs steun kreeg van TNO, de Nederlandse organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek, ging de bal aan het rollen: in 2010 ging D-Shape aan de slag met Roelofs’ werk.

De uitvinding van Enrico Dini bestaat uit een verplaatsbaar skelet op vier pijlers, van 9 tot 12 meter hoog. Het bestrijkt een oppervlakte van 6 bij 6 meter. Toch is de structuur erg licht en kan ze eenvoudig worden ontmanteld, vervoerd en opnieuw gemonteerd in enkele uren, door twee werklieden. Er zijn 300 sproeikoppen op een afstand van 2 cm, die in principe voor een resultaat van 25 dpi kunnen zorgen, al varieert het resultaat in de praktijk tussen de 4 en 6 dpi. Met ‘dots per inch’ wordt hierbij letterlijk bedoeld: ‘betonsteentjes per inch’. Het print-bouwproces is vergelijkbaar met wat een inkjetprinter doet op een vel papier, maar nu wordt bindmiddel op een laag zand gespoten.

Medium
Een technicus aan het werk met de betonprinter.

Het moet gezegd, de materie verkregen door middel van deze methode is niet echt het bekende traditionele beton. Het is een materiaal vergelijkbaar met marmer waarin zand, stof of grind naar hun oorspronkelijke staat van compacte stenen worden teruggebracht. Het heeft een hoge hardheid en een hoge treksterkte, als gevolg van de sterke microkristallijne structuur. Het materiaal is ook snel klaar: na een dag is het uitgehard.

Large

Er werd aan gedacht om de structuur te versterken via bewapening, zoals bij traditioneel beton. Helaas is het niet mogelijk om tussenin enkele lagen staal te leggen en die daarna af te knippen, want metaal moet steeds volledig in het beton liggen, om roesten te verhinderen. De toevoeging van versterkingsvezels bestaande uit glas, koolstof of nylon is een andere mogelijkheid, maar dit vergt verder onderzoek.

Computerbouwen op de maan?

De firma die de betonprinter uitvond, D-Shape, maakt deel uit van het project The Moon Factory, waarbij de beste Europese centra voor onderzoek en ontwikkeling samenwerken om de bouw te bestuderen van een ‘Rapid Manufacturing Unit’ voor de maan. Ze onderzoeken hoe maanstof gebonden kan worden tot een betonachtig mengsel. Hierbij wordt een bindmiddel toegevoegd dat dicht staat bij wat gebruikt wordt om kunststeen te maken. Zo zouden gebouwen op de maan kunnen worden neergezet door alleen dit bindmiddel door te sturen naar een lunaire betonprinter. En dat weegt heel wat minder dan hele gebouwen te moeten vervoeren van de aarde naar de maan.

De mogelijke toepassingen van een dergelijk systeem zijn niet te overzien. Dit kan een revolutie betekenen voor de manier waarop architecten ontwerpen. De bouwprinter laat complexe constructies toe, in één enkel non-stopprocedé, vanaf fundering tot dak, met inbegrip van trappen, scheidingswanden, concave en convexe oppervlakken, bas-reliëfs, zuilen, beelden en holtes voor bedradingen en leidingen.

Om maar één toepassing te noemen: sociale woningen die vandaag meestal identiek zijn, kunnen met één verandering op het scherm en zonder al te veel kosten verschillend gemaakt worden. Wie weet, misschien komt er in de toekomst in plaats van de toets ‘Prt Sc’ (Print Screen) op het computertoetsenbord ook een toets ‘Bld Sc’: ‘Build Screen’…

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 02 mei 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.