I slutet av april invigde forskningsinstitutet RISE en test- och demomiljö för 3D-printad betong. En unik satsning som ska påskynda den industriella användningen av tekniken och bana väg för en mer hållbar svensk byggbransch.
På senare år har företag som amerikanska ICON och danska COBOD rönt mycket uppmärksamhet när det gäller husbyggande med 3D-printing. Här hemma i Sverige har marknaden varit mer avvaktande. För ett par år sedan började Jan Suchorzewski och kollegan Ojas Chaudhari på RISE att undersöka hur intresset för 3D-printing inom bygg- och anläggningsbranschen såg ut.
– Vi kontaktade ett sextiotal företag i Sverige med en enkät och fick många intressanta svar som vi sedan fördjupade genom intervjuer, berättar Jan Suchorzewski, enhetschef för Materialdesign vid RISE avdelning Infrastruktur och betongbyggande.
Det mynnade ut i en projektansökan som beviljades i maj 2023 och det treåriga projektet PrintCrete startade månaden efter, finansierat av Formas. Det är ett samarbete mellan akademin och olika industripartners med målet att digitalisera prefabricerade betongelement med hjälp av additiv tillverkning.
Komplexa geometrier – inte hus
Det viktigaste svaret från undersökningen var att företagen inte var intresserade av att printa hus utan snarare mer komplexa geometrier där det finns mer att vinna på att använda tekniken. Detta eftersom produktionen av enklare element som husväggar redan är så effektiv och automatiserad. Däremot när det gäller sådant som exempelvis trappor, som annars måste gjutas i en komplicerad process, finns det stora möjligheter att göra både tids- och kostnadsbesparingar. Applikationer inom vatten och avlopp är andra tänkbara områden.
Marknadsundersökningen visade även att en lösning med robotarm var mer intressant än gantry-system, som ju till exempel både ICON och COBOD använder. Detta för att kunna skapa mer komplexa former och för att vissa företag redan använder robot i dag. Därför har RISE i Borås investerat i en robotprinter som består av en ABB-robotarm med tillhörande mjukvara. Roboten har en åkbana på 9,5 x 3 x 3 meter som klarar laster upp emot 150 kilo och den arbetar med alla 9 axlar vilket gör det möjligt att printa i 45 graders vinkel. Den är kopplad till två typer av pumpsystem som tillåter utskrifter med både en- och tvåkomponentsmaterial sam betong med grov ballast.
– Initialt var tanken att bara hyra ut robotarmen under projektets gång, men sedan togs beslut på RISE om att göra en större satsning och skapa en test- och demomiljö för att kunna erbjuda stöd till industri även efter projektet blir klar, säger Jan.
Utvecklar nya hållbara material
Denna miljö invigdes alltså i slutet av april och tanken är att erbjuda material och konstruktionsdesign, prototyptillverkning och validering. Testbädden är fristående från RISE Applikationscenter för additiv tillverkning i Mölndal, men det finns ett starkt samarbete mellan de två enheterna.
– Vi ser många synergier med att jobba med AM-centret och vi kan dra nytta av den kompetens som finns inom bland annat robotik och design.
I samarbete med Sika och Heidelberg Materials tas hållbara material fram som är lämpliga för additiv tillverkning. Ett viktigt mål i materialutvecklingen är att minska andelen bindemedel eftersom det är detta som står för störst klimatpåverkan i betong. Det kan göras genom att tillsätta andra material som exempelvis lera. Med hjälp av så kallade acceleratorer kan materialet också härda väldigt snabbt, inom 2–3 minuter, jämfört med runt 20 minuter för andra 3D-printingmaterial och ännu längre tid vid en traditionell process.
Förhoppningen framåt är att kunna kombinera olika material och bygga in armering, vilket skulle möjliggöra sådant som mindre broar eller andra hela konstruktioner.
Eftersom tekniken är relativt obeprövad finns det än så länge inte regelverk eller standarder för sådant som hållfasthet eller beständighet. Inom samarbetsorganisationen RILEM (The International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures) pågår just nu ett sådant arbete där RISE deltar med erfarenheter från den nya test- och demomiljön.
Stor potential att minska klimatpåverkan
Jan Suchorzewski ser många fördelar med 3D-printad betong med robot. Framför allt en effektivare användning av resurserna och med design för additiv tillverkning finns möjligheter att skruva på detta ytterligare.
– Med topologioptimering kan man minska volymen i elementen med 50–70 procent. Det finns en stor potential till exempel för tillverkning alternativa lösningar för massiva bjälklag och balkar.
Optimering av betongkonstruktioner har potential att bidra till minskning av klimatpåverkan genom lägre användning av jungfruliga material med minst 20 procent. Det kan även innebära smartare produkter med förbättrade egenskaper eller kreativa och estetiska fördelar.
– Tekniken gör det också möjligt att bygga vackra konstruktioner inom arkitektur, trädgård och konst. Så det är en annan möjlig målgrupp.
De stora företagen satsar
Många företag använder som sagt redan robotar i sin produktion och robotiseringen kommer att accelerera. Den utvecklingen drivs bland annat av utmaningar som höga kostnader för arbetskraft, brist på kompetens, krisberedskap, klimatkris och arbetsmiljöfrågor.
– Det är en revolution som kommer att hända, vi försöker att förbereda industrin så att de har en chans att utveckla alternativ, säger Jan Suchorzewski.
Hur ser intresset ut för 3D-printing i den svenska byggbranschen?
– Det finns ett intresse, men det är inte alla som vågar. Det är framför allt de stora företagen som har muskler som vågar satsa. Jag skulle säga att det inte krävs speciellt stora investeringar i hårdvara, det handlar kanske om 1-3 miljoner kronor. Det handlar nog snarare om en brist på kunskap och där hoppas vi kunna vara ett kompetenscenter där industrin kan testa sina idéer.
Fakta
Den 23 april 2024 invigdes RISE satsning på utveckling av material för 3D-printing i betong (både en- och tvåkomponent), design, prototypframställning och validering med koppling till andra testmiljöer inom RISE. Se mer information i videon nedan eller på RISE hemsida.
Nyligen fick RISE också projektpengar från Energimyndigheten för att printa mer klimateffektiva lösningar för fasadpaneler. Projektet E3D handlar även om bland annat passiv ventilation och lätt skumbetong som isoleringsmaterial som kan byggas in i elementen.
