1  Betonprinten op een glooiende 'taart' van zand KORAAL EN KANTWERK Onderzoek Filigree Freeform Facades 3D-betongeprinte gevelelementen, Eindhoven 54? CEMENT 8 20 23 beton in beeld tekst ir. Kirsten Hannema f oto's Kees Leemijer ONDERZOEK ONTMOET PRAKTIJK Doel van het onderzoeksproject Filigree Freeform Facades is om 'een nieuwe architectonische expressie voor gevels' te ontwikkelen. Academisch onderzoek wordt daarbij aan de ontwerppraktijk gekoppeld, om gezamenlijk de architectonische mogelijkheden van 3D-betonprinten te verkennen. Er is volgens hoogleraar architectuur Juliette Bekkering van de TU Eindhoven heel veel mogelijk met deze techniek, mits je vanuit de logica van de 3D-printtechniek en de daaruit voortvloeiende vormen ontwerpt. Nadat ze zich verdiept had in de ins en outs van het printen, ontwierp ze een serie elementen, samen met en gefocust op de wensen van architecten- bureau Neutelings Riedijk. Dat bureau werkt in zijn gebouwen veel met verfijnde ornamenten. De gevelele- menten zijn gemaakt door het Eindhovense 3D-beton- printbedrijf Vertico, dat zesassige 3D-printrobots heeft die door de kleine spuitkop zeer verfijnd kunnen printen. CEMENT 8 2023 ?55 beton in beeld 2 Op artist's impressions is verbeeld hoe een gevel met de geprinte elementen eruit zou kunnen zien, bron: Neuteling Riedijk Architects PROJECTGEGEVENS project Filigree Freeform Facades, 2022-2023 onderzoeksteam - TU Eindhoven, faculteit Built Environment, leerstoel Architectural Design and Engineering, Prof. Juliette Bekkering, architect en assistent Prof. Cristina Nan, - Neuteling Riedijk Architects - Onderzoeker: Alessio Vigorito, structural engineer - 3D-betonprinten: Vertico: financiering NWO: KIEM-CE beurs 2022-2023 ondersteund door Cement&Beton Centrum / Cindy Vissering Zoals een patissier die een sierlijke slagroomdecoratie op een cake spuit, staat een robot in een Eindhovense productiehal beton te printen op een glooiende 'taart' van zand. In vijf minuten spuit hij drie dunne lagen op elkaar, in een patroon dat associaties oproept met koraalstructuren en kantwerk. Al printend ontstaat een lensvormig element, ongeveer 1 m hoog, dat zo'n 20 kilo weegt. Op deze manier heeft de robot het afgelopen jaar een reeks proefstukken geprint. Ze zijn onderdeel van het onder- zoeksproject Filigree Freeform Facades, een samenwerking tussen TU Eindhoven, Neutelings Riedijk Architecten en het 3D-betonprintbedrijf Vertico. Zij kregen daarvoor een KIEM-Ce subsidie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Op de Dutch Design Week 2023 in Eindhoven presenteerden ze de resultaten: een serie filigrane gevelelementen. 2 56? CEMENT 8 20 23 beton in beeld 3 Met printen zijn complexe vormen mogelijk, met art nouveau en gotische kerken als voorbeeld SCULPTURALE KWALITEIT Als architect is Bekkering al lang bezig met de vraag hoe je sculpturale architectuur met beton kunt maken. Ze werkt daarbij graag met beton, omdat je het in elke gewenste vorm kunt gieten en daarbij pigment en materialen zoals glas en glas- vezels kunt toevoegen. Ze experimenteerde daarmee in het ontwerp voor het Booster- rioolw atergemaal (2005) in Amsterdam Noord, dat zich presenteert als een sculp- tuur. Het gebouw is omkleed met prefab- bet onnen gevelelementen met een patroon van lijnen en letters. Het maken van die gevel, met behulp van stalen mallen en zandstraaltechniek, was een ingewikkeld, ambachtelijk proces. Als hoogleraar archi- tectuur aan de TU Eindhoven wilde ze onderzoeken hoe je nieuwe technologie kunt inzetten voor het maken van expres- sieve architectuur. Ze nam art nouveau en gotische kerken als voorbeeld; complexe vormen die nu nauwelijks meer gemaakt kunnen worden vanwege de hoge arbeids- kosten. Met 3D-printen wordt een dergelijke ornamentiek weer mogelijk. 3 CEMENT 8 2023 ?57 beton in beeld 4 4 Het idee om met zandmallen te werken sluit aan bij de vraag naar circulaire voorstellen CIRCULAIRE ZANDMALLEN Samen met assistent-professor Cristina Nan, die gespecialiseerd is in ontwerpen met computers en digitale fabricage, verdiepte Bekkering zich verder in de mogelijkheden om te printen met dubbelgekromde zandmallen - een bestaande techniek - waarop je een lensvormig element kunt opspuiten dat een bepaalde stijfheid heeft. Het idee om met zandmallen te werken, sluit aan bij de vraag van het NWO naar circulaire voorstellen. De productie van beton zoals we dat nu toepassen, kost veel energie en water, en de bekisting wordt weggegooid. Daarmee vergeleken is 3D-betonprinten een zuinige manier van werken. Om de dubbelgekromde zand- mallen te maken, maakte Nan een houten spatel die in een robotarm wordt geplaatst, en het zware zand tot een gladde ovaalvormige heuvel modelleert. Het zand wordt omsloten door een houten kist. 58? CEMENT 8 20 23 6 5 Er is gevarieerd met de stand van de printerkop, het aantal printlagen en patronen 6 De elementen hebben meanderende patronen met gaten GEVELSYSTEEM Met de 3D-printrobot zijn talloze testpatronen op de zandmal gemaakt, waarbij is gevarieerd met de stand van de printerkop, het aantal printlagen en patronen. Omdat de 3D-printer niet tussentijds kan stoppen, is gewerkt met het differential growth algoritme, waar- mee je in een continue lijn kunt printen. Daaruit zijn meanderende patronen met gaten voortgekomen, die een fraai schaduweffect geven als zonlicht op de elementen valt. Gebaseerd op de printbare patro- nen ontwierp Bekkering samen met Neutelings Riedijk een serie gevel- elementen. Ook bedachten ze hoe deze afzonderlijke elementen samengevoegd kunnen worden tot een gevel of een wand; op artist's impressions (fig. 2) verbeeldden ze hoe zo'n gevel eruit zou kunnen zien. Om die te maken, is ook een dragende ribbenstructuur nodig, en moet nagedacht worden over de aansluiting van glasplaten, isolatie- materiaal en installaties. Dat vergt nog het nodige onderzoek. Bekkering roept de industrie en gevelbouwers op om daarin te investeren en zo de ontwikkeling van 3D-betonprinten verder te brengen. Filigree Freeform Facades staat uitgebreid beschreven en geïllus- treerd op www.tektoniek.nl. Tektoniek is het kennisnetwerk voor architectuur in beton. Via lezingen, projectbezoeken, workshops, expert meetings en online commu- nicatie wordt informatie, inspiratie en ondersteuning geboden aan (toekomstige) architecten, constructief ontwerpers, bouwkun- dig adviseurs en producenten. Daarbij gaat het altijd om de relatie tussen vormgeving, constructie en maakbaarheid. CEMENT 8 2023 ?59 beton in beeld 5