Airlement: met 3D-printen lichtgewicht bouwmaterialen uit... afval

La Print 3D kan een enorme bijdrage leveren aan de ontwikkeling van eenduurzaam bouwen, te beginnen met de mogelijkheid om te experimenteren met nooit eerder gebruikte materialen en het testen van nieuwe bouwtechnieken die het verbruik en de uitstoot kunnen verminderen.

Een onderzoeker van Federale Polytechnische Universiteit van Zürich gebruikte deze geautomatiseerde technologie om nieuwe te produceren isolerende elementen licht, volledig cementvrij, gemaakt van minerale schuimen afkomstig van industrieel afval. Dit mineraal schuim, dat talloze malen kan worden hergebruikt, wordt laag voor laag verwerkt dankzij een 3D-printer ter grootte van een kamer.

Het eerste prototype van het project Luchtlement het is een twee meter hoge monolithische hoekkolom, samengesteld uit vier 3D-geprinte segmenten die bij elkaar worden gehouden door eenvoudige mortel en bedekt met cementvrij wit gips.

Een duurzamer cement is klaar voor de constructie van de toekomst
Duurzaam bouwen: de… paddestoelen hoofdrolspelers onder de groene materialen

Duurzaam bouwen en 3D-printen: dat is het onderzoek van de ETH

deduurzaam bouwen kent talloze declinaties: de ontwikkeling van slimme materialen en nieuwe bouwmethoden, de gebruik van upcycling en het hergebruik van hulpbronnen zijn fundamentele elementen van a nieuwe aanpak aan constructies die in de eerste plaats worden gedicteerd door de noodzaak om ruimtes te ontwerpen en te bewonen die zijn ontworpen om in harmonie met de natuur te zijn.

Duurzamere gebouwen zijn gebouwen die het mogelijk maken om: rationeler gebruik van hulpbronnen dankzij de energie-efficiëntie, maar ook van de hulpbronnen die ze weten te combineren ecologische en sociale duurzaamheid en die beloven te kunnen bouwen zonder toevlucht te nemen tot zeer dure processen in termen van hulpbronnen en energie.

In deze context is het ontwikkeling van nieuwe materialen en bouwtechnieken een leidende rol spelen, die in staat is de ambities van wetenschappers te integreren met de behoeften van een mondiale markt die, hoewel uiterst gevarieerd, niet langer anders kan dan omgaan met de behoeften van een planeet die pijn lijdt.

Een van de nieuwste innovaties op dit gebied komt vandaanArch Tec Lab van onderzoek en robotica aan de ETH, op de Hönggerberg-campus. Hier, de onderzoeker Patrick Bedarf, die in de groep werkt Digitale bouwtechnologieën van professor Benjamin Dillenburger, heeft een productiemethode bestudeerd lichtgewicht isolerende bouwelementen van complexe vormverminderende materialen dankzij 3D-printen.

Duurzaam bouwen begint bij openbare toiletten: het project in Sri Lanka
RESKIN: het innovatieve slimme project voor groen bouwen

Een driedimensionale printer ter grootte van een kamer

La printer 3D gebruikt door Patrick Bedarf is zo groot als een hele kamer: talloze robotarmen hangen aan het dak van de hoofdruimte van het Arch Tec Lab, terwijl op de grond, op werkplatforms en houten kisten, vreemde wezens die op zandsculpturen lijken tot leven komen .

"De robots kunnen nauwkeurig naar elk punt in de kamer bewegen“, legt Bedarf uit. “We plannen de route en specificeren waar ze naartoe moeten reizen en hoe snel, en hoeveel materiaal er uit de printerkop moet stromen, op welk tijdstip en waar het moet worden gedeponeerd'.

Met dit ingenieuze systeem creëerde de ETH-onderzoeker het eerste prototype van het Airlement-project, een colonna monolithisch hoekstuk, twee meter hoog, samengesteld uit vier 3D-geprinte segmenten die bij elkaar worden gehouden met mortel.

I vier segmenten van de kolom zijn licht, makkelijk handmatig op te tillen en op elkaar te stapelen:”Bouwdelen kunnen eenvoudig in de fabriek worden geprint, naar de bouwplaats worden getransporteerd en daar waar nodig worden geplaatst“, legt Bedarf uit.

"Om het onderdeel robuuster te maken, kan de holle kern worden gegoten met mineraalschuim met een hoge dichtheid, waardoor het sterk genoeg is om als draagconstructie te fungeren”. Maar het is niet alleen de techniek die innovatief is in het project van Bedarf.

Nul uitstoot en een betere levenskwaliteit: “Dat is Smart City”
In Luzern de eerste Zwitserse ethische commissie voor Smart City-projecten

Airlements, de ‘stenen’ gemaakt uit de as van hoogovens

Om de Airlements te maken, gebruikte Patrick Bedarf een duurzaam isolatiemateriaal geproduceerd door de ETH-spin-off FenX: one mineraal schuim gemaakt van gerecycled industrieel afval, met name van vliegas verkregen uit de verbrandingsprocessen van industriële hoogovens.

"Dit materiaal heeft de eerste materiaalcyclus al doorlopen en kan dat gewoon zijn gerecycled na gebruik”, legt Bedarf uit terwijl hij een stukje van het nieuwe materiaal tussen zijn vingers verkruimelt: eenmaal verpulverd is het schuim klaar om te worden verwerkt. hergebruikt.

“Als het deel van het gebouw niet meer nodig is”, zegt de onderzoeker, “Het kan volledig worden versnipperd en vermalen tot poeder, klaar om te worden omgezet in nieuw schuim”. En het is geheel vrij van cement, net als het gips dat voor de eindbehandeling wordt gebruikt.

Elk prototype komt binnen een uur afgedrukt en een week laten drogen in de productieomgeving, bij een gecontroleerde temperatuur tussen 20 en 28 graden Celsius en met een luchtvochtigheid van 20-70 procent.

Om de juiste afstelling van te controleren vochtigheid en temperatuur, Patrick Bedarf bouwde een speciale klimaatkamer, een grote transparante tentvormige structuur waarbinnen de printerrobot langs het vooraf gedefinieerde pad beweegt.

Deze productiemethode, benadrukt de onderzoeker, vereist geen speciale verwerking hoge energie-intensiteit"Dit is een vooruitgang op eerder werk met cementvrije schuimen, die met cement moesten worden uitgehard of vervolgens bij hoge temperaturen in de oven moesten worden uitgehard'.

De verrassingen van de chemie: zo wordt plastic afval zeep
Microplastic vervuiling: de oplossing komt van planten

Duurzaam en economisch bouwen dankzij automatisering

De nieuwe werkwijze via 3D-printen maakt dat mogelijk gebruik minder materiaal: er is bijvoorbeeld geen bekisting nodig voor het gieten, een structuur die slechts gedeeltelijk kan worden hergebruikt en die vandaag de dag rechtstreeks van de lijst van noodzakelijke hulpbronnen kan worden geschrapt.

De combinatie van 3D-printen en robotica maakt het mogelijk hele onderdelen van op maat gemaakte gebouwen zeer economisch te produceren: “Zonder automatisering”, legt de onderzoeker uit, “Traditionele bouwmethoden die materiaal besparen zijn zeer tijdrovend en duur, vooral vanwege de arbeidskosten'.

Patrick Bedarf zal het project verder ontwikkelen in samenwerking met FenX, dat een volledige productielijn aan Airlements zal wijden: “Wij analyseren het draagvermogen en de isolatie-eigenschappen grondig”, legt Bedarf uit, “om te bepalen hoe dit materiaal fungeert als wandelement in een afgesloten ruimte'.

"Infrarood metingen”, besluit de onderzoeker, “ze zullen ons helpen bepalen waar de thermische isolatie verder kan worden verbeterd en hoe we eventuele zwakke punten kunnen elimineren door het printpad aan te passen'.

Klimaatverandering: Zwitserland sluit zich aan bij Chili, Kenia en Tunesië
Innovation Park: een toekomstige Blockchain-geformatteerde stad in de woestijn