I slutten av april innviet forskningsinstituttet RISE et test- og demomiljø for 3D-printet betong. En unik investering som vil akselerere industriell bruk av teknologien og bane vei for en mer bærekraftig byggebransje i Sverige.
De siste årene har selskaper som amerikanske ICON og danske COBOD vakt mye oppmerksomhet når det gjelder å bygge hus med 3D-printing. Her og i vårt naboland Sverige har markedet vært mer avventende. For et par år siden begynte Jan Suchorzewski og hans kollega Ojas Chaudhari ved RISE å undersøke hvordan interessen for 3D-printing i byggebransjen så ut.
– Vi kontaktet rundt seksti bedrifter i Sverige med en spørreundersøkelse og fikk mange interessante svar, som vi så utdypet gjennom intervjuer, sier Jan Suchorzewski, enhetsleder for materialdesign ved RISEs avdeling for infrastruktur og betongkonstruksjon.
Dette resulterte i en prosjektsøknad som ble innvilget i mai 2023 og det treårige PrintCrete-prosjektet startet måneden etter, finansiert av Formas. Det er et samarbeid mellom akademiet og ulike industripartnere med mål om å digitalisere prefabrikkerte betongelementer ved hjelp av additiv produksjon.
Komplekse geometrier – ikke hus
Det viktigste svaret fra undersøkelsen var at selskapene ikke var interessert i å printe hus, men heller mer komplekse geometrier der det er mer å tjene på å bruke teknologien. Dette er fordi produksjonen av enklere elementer som husvegger allerede er så effektiv og automatisert. Men når det gjelder ting som trapper, som ellers må støpes i en komplisert prosess, er det store muligheter for å spare både tid og kostnader. Bruksområder innen vann og avløp er andre mulige områder.
Markedsundersøkelsen viste også at en løsning med robotarm var mer interessant enn portalsystemer, som for eksempel både ICON og COBOD bruker. Dette for å kunne lage mer komplekse former og fordi noen bedrifter allerede bruker roboter i dag. Derfor har RISE i Borås investert i en robotprinter som består av en ABB robotarm med tilhørende programvare. Roboten har en rullebane på 9,5 x 3 x 3 meter som tåler belastninger på opptil 150 kilo og den fungerer med alle 9 aksene, noe som gjør det mulig å skrive ut i 45 graders vinkel. Den er koblet til to typer pumpesystemer som tillater utskrift med både en- og tokomponentmaterialer samt betong med grovt tilslag.
– I utgangspunktet var tanken å kun leie ut robotarmen i løpet av prosjektet, men så ble det tatt en beslutning på RISE om å gjøre en større investering og lage et test- og demomiljø for å kunne tilby støtte til industrien også etter prosjektet er ferdig, sier Jan.
Utvikler nye bærekraftige materialer
Dette miljøet ble dermed innviet i slutten av april og tanken er å tilby materialer og konstruksjonsdesign, prototyping og validering. Testbedet er uavhengig av RISE Application Center for additiv produksjon i Mölndal, men det er et sterkt samarbeid mellom de to enhetene.
– Vi ser mange synergier med å jobbe med AM-senteret og vi kan dra nytte av kompetansen som finnes innen robotikk og design blant annet.
I samarbeid med Sika og Heidelberg Materials utvikles bærekraftige materialer som egner seg for additiv produksjon. Et viktig mål i materialutviklingen er å redusere andelen bindemidler fordi det er dette som står for størst klimapåvirkning i betong. Dette kan gjøres ved å tilsette andre materialer som leire. Ved hjelp av såkalte akseleratorer kan materialet også stivne svært raskt, i løpet av 2-3 minutter, mot rundt 20 minutter for andre 3D-utskriftsmaterialer og enda lenger med en tradisjonell prosess.
Håpet fremover er å kunne kombinere ulike materialer og bygge inn armering, noe som vil muliggjøre ting som mindre broer eller andre hele konstruksjoner.
Siden teknologien er relativt uprøvd, er det så langt ingen forskrifter eller standarder for ting som styrke eller holdbarhet. Innenfor samarbeidsorganisasjonen RILEM (The International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures) pågår det for tiden et slikt arbeid der RISE deltar med erfaringer fra det nye test- og demomiljøet.
Stort potensial for å redusere klimapåvirkning
Jan Suchorzewski ser mange fordeler med 3D-printet betong med en robot. Fremfor alt en mer effektiv ressursbruk og med design for additiv produksjon er det muligheter for å skru dette ytterligere opp.
– Med topologioptimalisering kan volumet av elementene reduseres med 50-70 prosent. Det er et stort potensiale for for eksempel å produsere alternative løsninger for massive bjelkelag og dragere.
Optimalisering av betongkonstruksjoner har potensial til å bidra til reduksjon av klimapåvirkning gjennom lavere bruk av jomfruelige materialer med minst 20 prosent. Det kan også bety smartere produkter med forbedrede egenskaper eller kreative og estetiske fordeler.
– Teknologien gjør det også mulig å bygge flotte konstruksjoner innen arkitektur, hage og kunst. Så det er en annen mulig målgruppe.
De store selskapene investerer
Mange bedrifter bruker som sagt allerede roboter i sin produksjon, og robotiseringen vil akselerere. Den utviklingen drives blant annet av utfordringer som høye lønnskostnader, mangel på kompetanse, kriseberedskap, klimakrise og arbeidsmiljøspørsmål.
– Det er en revolusjon som kommer til å skje, vi prøver å forberede bransjen slik at de har en sjanse til å utvikle alternativer, sier Jan Suchorzewski.
Hvordan ser interessen for 3D-printing ut i den svenske byggebransjen?
– Det er en interesse, men det er ikke alle som tør. Det er fremfor alt de store selskapene som har muskler til å tørre å investere. Jeg vil si at det ikke krever spesielt store investeringer i hardware, det dreier seg kanskje om 1-3 millioner SEK. Det er nok snarere snakk om mangel på kunnskap og der håper vi å være et kompetansesenter hvor bransjen kan teste ideene sine.
Fakta
23. april 2024 ble RISEs satsing på å utvikle materialer for 3D-printing i betong (både en- og to-komponent), design, prototyping og validering med tilknytning til andre testmiljøer innen RISE innviet. Se mer informasjon i videoen nedenfor eller på RISEs nettsted.
Nylig mottok RISE også prosjektpenger fra Energiverket for å trykke mer klimaeffektive løsninger for fasadeplater. E3D-prosjektet handler også om blant annet passiv ventilasjon og lett skumbetong som isolasjonsmateriale som kan bygges inn i elementene.
