Gewapende betonprint

Met 3D Concrete Printing (3DCP) zijn vormen te produceren die met traditionele technologieën niet
(gemakkelijk) te maken zijn. Door toepassing van 3DCP is het dan ook mogelijk veel lichtere constructies te
maken ter vervanging van traditioneel geproduceerde constructies.
Veel bedrijven lopen echter tegen een probleem aan bij het toepassen van 3DCP, namelijk het ontbreken
van goede wapening in het beton. Wapening wordt in beton gebruikt om trekkrachten op te vangen
aangezien beton zelf alleen op druk belast kan worden zonder te breken.
Traditionele wapeningmethodes worden al wel toegepast. Maar deze sluiten niet goed aan bij de
vormvrijheid van het 3D betonprinten en zijn niet automatisch geïntegreerd in het proces. Er is al
fundamenteel onderzoek gedaan naar methodes om geprint beton automatisch te wapenen tijdens het
printproces. Ons onderzoek richt zich er op fundamenteel werk richting de praktijk te begeleiden. Momenteel
wordt er namelijk in de praktijk bij 3D betonprinten slechts gewerkt met vezelversterking, deze methode is
echter alleen geschikt voor het opvangen van zeer kleine krachten. Deze methode geeft onvoldoende
weerstand tegen het afbreken van brokstukken voor toepassingen zoals overkappingen en bruggen.
In dit KIEM-project ontwikkelen we in een consortium van 3 partijen een tool voor het toevoegen van
wapeningsdraad over de laag van een geprint product on interne spanningen op te kunnen vangen.
Daarnaast onderzoeken we de mogelijkheid om (geautomatiseerd) wapening toe te voegen die meerdere
geprinte lagen aan elkaar kan verbinden zodat ook grotere (externe) spanningen op te vangen zijn.
In dit project werken we met een voorbeeldcasus van geprinte buitenobjecten (Jacuzzi/sfeerelement).
Gezien het beoogde eindproduct van de voorbeeldcase bedoeld is om mensen in te laten plaatsnemen,
kunnen er geen risico’s genomen worden aangaande het mogelijk afbreken en vallen van brokstukken. Door
het beantwoorden van deze vraag verwachten we drempels voor het gebruik van 3DCP te verlagen.

In het project Gewapende Betonprint is onderzoek gedaan naar de mogelijkheden (flexibele) wapening in te leggen tijdens het 3D printen van beton. Met 3D Concrete Printing (3DCP) zijn vormen te produceren die met traditionele technologieën niet (gemakkelijk) te maken zijn. Door toepassing van 3DCP is het dan ook mogelijk veel lichtere constructies te maken ter vervanging van traditioneel geproduceerde constructies. Veel bedrijven lopen echter tegen een probleem aan bij het toepassen van 3DCP, namelijk het ontbreken van goede wapening in het beton. Wapening wordt in beton gebruikt om trekkrachten op te vangen aangezien beton zelf alleen op druk belast kan worden zonder te breken.

In het onderzoek zijn testen uitgevoerd met verschillende wapeningsmaterialen; Jute touw, glasvezel in PP matrix, staaldraad. Daarbij is ook met verschillende methodes om ze in het beton in te brengen geëxperimenteerd. Deze methodes hadden directe samenhang met het wapeningsmateriaal. Bij het verwerken van Jute draad is het bijvoorbeeld mogelijk een compleet passieve kop te gebruiken aangezien het draad geen eigen spanningen met zich meebrengt. Wanneer er echter met metaaldraad gewapend wordt is het essentieel dat de draad onder een zeer flauwe hoek wordt ingebracht. Om dit te bewerkstelligen is een actief meedraaiende kop onmisbaar.

De mechatronische aspecten van de communicatie van de draaiende kop om te zorgen dat deze altijd op de juiste hoek staat voor het model bleek erg complex. Er is een werkend prototype opgeleverd. De stabiliteit van deze actieve kop is echter nog niet op een dusdanig niveau dat hij gemakkelijk toe te passen is bij nieuwe prints. In een potentieel toekomstig project zou hier nog verder aan gewerkt moeten worden