29/09/2023
Door Ad Spijkers
De Technische Universität Braunschweig onderzoekt hoe met behulp van robots huizen uit leem kunnen worden gebouwd.
Klei is klimaatvriendelijk, vochtregulerend, herbruikbaar, goed afbreekbaar en een grondstof die vrijwel overal verkrijgbaar is. Het materiaal komt weer in beeld als duurzaam, ecologisch bouwmateriaal. In een project ontwikkelen wetenschappers uit Braunschweig een proces om additieve productie rechtstreeks op de bouwplaats te gebruiken.
Gebouwen worden al duizenden jaren gemaakt van klei. Denkt u bijvoorbeeld aan de bekende vakwerkhuizen die met name in Duitsland veel zijn gebouwd. Toch lijkt leem een nieuw bouwmateriaal. Helaas is de kennis over verschillende bouwmethoden en ook het bouwen hiermee gedeeltelijk vergeten. De TU Braunschweig wil de traditionele kennis van klei-bouwmethoden gebruiken en toepassen op de hedendaagse productiemethoden.
Additieve productie
De ontwikkelaars zien veel antwoorden in klei voor de bouwsector, die een groot deel van de CO2-uitstoot in de wereld veroorzaakt, bijvoorbeeld bij de productie van cement, baksteen en staal. Klei is duurzaam - onderdelen van huizen uit klei kunnen na honderd jaar worden afgebroken en in de tuin worden verspreid. Of ze kunnen opnieuw worden vormgegeven en er kan een nieuw huis van worden gebouwd.
Mede door de grote inspanning die ermee gemoeid is, is klei van bouwplaatsen verdwenen. Voor een huis uit klein zijn veel helpende handen nodig. De oude bouwtechniek is gebaseerd op het laag voor laag verdichten van de klei in een bekisting met behulp van een handbediende houten stamper. De bekistingstechnologie is nu verbeterd en automatische trilstampers hebben de handstampers vervangen. Het proces is echter nog steeds handmatig en daarom nogal oneconomisch in vergelijking met andere bouwmaterialen en technieken.
Aangestampte klei is een luxe materiaal, ook al kost de klei vrijwel niets en is deze vrijwel overal verkrijgbaar. De verwerking is echter duur. Ongeveer tweederde van de kosten wordt veroorzaakt door de bekisting, die heel robuust moet zijn om de druk van het aanstampen te kunnen weerstaan.”
Productiestappen elimineren
Additive manufacturing kan niet alleen zorgen voor een hogere precisie en een constante kwaliteit , maar ook productiever en dus zuiniger zijn. Hierbij wordt materiaal in lagen opgebouwd, zonder matrijzenbouw of daaropvolgende vormprocessen. Dit betekent dat volledige productiestappen zoals bekisten en strippen in de betonconstructie kunnen worden geëlimineerd. Daarnaast zijn compleet nieuwe vormen mogelijk die het materiaal efficiënter gebruiken. Additive manufacturing heeft het potentieel om de doelstellingen van economie en ecologie samen te brengen.
De onderzoekers hebben een bewegende bekisting en een verdichtingstool ontwikkeld die robotisch wordt bediend. De verdichtingseenheid bestaat uit een trilplaat en pneumatische aanstampers die met het bekistingselement meereizen en zich laag voor laag omhoog werken. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van het Digital Building Fabrication Laboratory (DBFL), de grote 3D-printer van het instituut. Het mooie van leem is dat na het verdichten de bekisting direct is te verwijderen. Het materiaal hoeft niet uit te harden om initiële sterkte te bereiken, zoals beton. Daarom zit de bekisting in het project alleen daar waar hij verdicht is en loopt dan verder door. Het is dus een actieve 'slipform'.
Mobiele installatie
Op basis van dit voorbereidende werk willen de wetenschappers de robotachtige productie van leem voor de productie op bouwplaatsen in het nieuwe project verder ontwikkelen. Ze willen de hele installatie verkleinen, zodat deze kan worden gebruikt in een mobiel, digitaal productieproces. Ze willen de techniek optimaliseren en een roboteenheid creëren die kan worden gebruikt op de bouwplaats. In plaats van de klei te prefabriceren, kan materiaal lokaal worden gebruikt en moet er een geautomatiseerd meng-, transport- en toevoerproces worden ontwikkeld.
Een van de aantrekkelijke aspecten van het bouwen met leem is dat het materiaal op veel plaatsen beschikbaar is. In tegenstelling tot beton heeft het geen complexe infrastructuur nodig en kan het lokaal worden gewonnen zonder dat het over lange afstanden hoeft te worden getransporteerd.
De wetenschappers moeten de verplaatsbare productie-eenheid nog wel ontwerpen. De basis zal een mobiele drieassige portaalrobot zijn die van bouwplaats naar bouwplaats kan worden verplaatst. Daarnaast zijn er nog eindeffectoren en een materiaaltoevoer nodig waarmee het bouwmateriaal heel precies wordt aangebracht. Ook moet de lokale grondstof ter plaatse worden gecontroleerd en geoptimaliseerd, zodat de afgegraven grond een bruikbaar bouwmateriaal wordt.
Aan het einde van het tweejarige project moet er een demonstrator zijn waarmee de onderzoekers ook een deel van een gebouw willen bouwen.
Foto: Joschua Gosslar/TU Braunschweig