Aanleiding:
3D Concrete Printing (3DCP) is een techniek waarbij objecten laag-voor-laag in 3D worden opgebouwd. Het biedt voordelen die met conventionele maaktechnieken niet mogelijk zijn, zoals het maken van sterke lichtgewicht constructies, en reduceert daarmee de milieu-impact. In 2017 heeft Zavhy een labprototype 3DCP ontwikkeld en hiermee ’s werelds eerste 3D geprinte betonbrug gerealiseerd in Gemert. Dit project heeft geresulteerd in twee succesvolle vervolgtrajecten waarin Zavhy twee belangrijke technieken voor 3DCP heeft ontwikkeld. Dit zijn vezelversterkte (FRED: Fiber Reinforcement Entrainment Device) en kabelversterkte (RED: Reinforcement Entrainment Device) technologie. Met FRED en RED kunnen betonconstructies sneller, sterker en duurzamer worden geprint. Een zeer groot voordeel is dat er 75% minder cement in beton nodig is dan bij regulier gestort beton (reductie milieu-impact 75-85%, gewichtsreductie 40-50%, reductie arbeidskosten 40-50%). De innovatie is nu op TRL 6.
Ondanks deze unieke voordelen kampt de 3DCP industrie met twee grote uitdagingen die de maatschappelijke adoptie en opschaling beperken. Dit zijn 1) ‘first-time-right’ productie onder variërende omstandigheden en 2) het valideren en certificeren van 3D geprinte objecten zonder dat destructieve testen (schaal 1:1) worden vereist. Er is een enorme behoefte om ook controle te krijgen over 3D print parameters en zo hun effecten op de kwaliteit van de 3D geprinte constructies.
Doel:
De oplossing voor dit probleem is het ontwikkelen van een numeriek model dat, op basis van data zoals materiaaleigenschappen in relatie tot (print)parameters, de kwaliteit van de betonconstructies kan voorspellen en garanderen. Dit maakt het mogelijk om een digitale test uit te voeren zonder noodzaak van een exacte replica van de geprinte constructie, waardoor duurzaamheid (met 35%) en kostenefficiëntie (met 30%) worden bevorderd. Dankzij beter begrip van het gedrag van 3DCP-technologie onder verschillende omstandigheden, zal dit ook resulteren in een significant betere aansturing van het proces en zo een hoger percentage ‘first-time-right’ productie. Doel van dit project is daarom in samenwerking de 3DCP-technologie van Zavhy naar TRL 8 te brengen, middels 1) de (door)ontwikkeling en integratie van innovatieve AI gebaseerde digital twin technologie (AGMAH), 2) predictive modelling technologie (Qugate) en 3) randvoorwaardelijke doorontwikkeling aan de innovatieve gepatenteerde 3DCP-technologie van Zavhy. Hiermee wordt volledige controle over het 3DP proces voorzien en bijgedragen aan het verbeteren en garanderen van de kwaliteit en veiligheid van 3DCP geproduceerde constructies.
Resultaten:
In de vijf jaar na afloop van het project verwacht het consortium meerdere geavanceerde 3DCP-systemen te verkopen. Daarnaast verwachten de partners Qugate en AGMAH additionele verkoop van software modules in de AM industrie en overige sectoren. De 3DCP-technologie van Zavhy, het significant verbeteren van ‘first-time-right’ productie en het reduceren van destructieve test- en kwalificatieprocedures levert bovendien een vermindering van in potentie 1.554 – 1.674 mega jaarton CO2 op. Het project levert een significant economisch potentieel voor de regio Zuid Nederland, in specifiek de provincie Noord-Brabant binnen vijf jaar na afronding van dit project. Dit economisch potentieel wordt gerealiseerd door omzetten, winsten en de groei van FTE bij de betrokken partners.