Kan fremtidens betongbygg 3D-printes?
Betong er verdens mest brukte byggemateriale. Nå kan en 3D-printer i Grimstad snu opp ned på hvordan fremtidens bygg, broer og benker bygges.
I en verkstedhall i Grimstad står det som trolig er Norges første robotiserte 3D-printer for betong. Den mekaniske armen er flere meter lang, og fra en slange presser maskinen ut lag på lag med betong til den former en benk.
Benken ser annerledes ut. Den er hul på innsiden, har runde former og de tynne sementlagene minner om rillene i en sedimentær bergart. Likevel er den like solid og brukervennlig som en ordinær betongstøpt benk.
Printingen tar omtrent 15 minutter og er basert på en digitalt tegnet skisse.
Designeren bak benken trenger heller ikke å begrense seg til et konvensjonelt format for hvordan benken skal se ut. For den mekaniske armen er det nemlig like enkelt å formgi kompleks geometri som rektangulære blokker.
Ved å bygge på denne måten, i stedet for tradisjonell støping av betong, har Mechatronics Innovation Lab (MIL) i et konkret case funnet ut at de kan redusere 70 prosent av materialbruken og 90 prosent av CO2-utslippene.
– Prosjektet er lite i forhold til betydningen det har. Dette er fremtidens byggemetode, sier Karianne Ormseth, prosjektansvarlig i MIL.
Deres mål er at industrien skal ha kompetanse på og kunne ta i bruk teknologien slik at norske broer, bygninger, trapper og andre byggestrukturer som egner seg for 3D-print skal kunne prefabrikkeres på samme måte.
Lykkes de, kan det være et avgjørende bidrag til den grønne omstillingen i byggenæringen.
Verdens mest brukte byggemateriale
La oss begynne med å snakke litt om betong.
30 milliarder tonn med betong produseres hvert år, og BBC beskriver omfanget av materialet som «for stort til å forestille seg»: Snart veier verdens betongmasse mer enn vekten av all levende materie i verden – inkludert oss mennesker.
Den eneste ressursen vi bruker mer av, er vann. Du forstår greia: Betong er en big deal.
Hovedgrunnen er rett og slett fordi det er et skikkelig bra materiale å bygge i: Det har en lang levealder, er fleksibelt og lønnsomt. Å bygge noe som varer er bra for klimaet.
Det som ikke er så bra for klimaet, er masseproduksjon. Akkurat nå produseres det så mye betong, at åtte prosent av alle globale klimagassutslipp stammer fra sementindustrien. Regner man inn frakt og logistikk, materialavfall og energiforbruk blir regnestykket trolig enda større.
Skal verden nå fremtidige klimamål, er vi helt nødt til å finne effektive måter å kutte i betongrelaterte utslipp.
– Man bruker enormt mye betong som egentlig ikke trengs. Vi har sett at 3D-printing har et stort potensial for reduksjon av klimautslipp på norske byggeplasser, sier Ormseth.
Stadig mer utbredt internasjonalt
3D-printing blir stadig mer utbredt flere steder i verden. I Nederland printes både broer og bygninger. I Asia og USA tas teknologien i bruk i stadig større byggeprosjekter.
Allerede i 2014 kunngjorde et kinesisk firma byggingen av ti 3D-printede hus i Shanghai. I USA begynte oppføringen av et 3D-printet nabolag med 100 hus i 2022.
Her i Norge har derimot ikke bruken av teknologien kommet like langt. Nå håper Ormseth at pilotprosjektet i Grimstad skal skyte fart på 3D-printingen i Norge.
– Vi jobber med et toårig prosjekt for å finne ut hvordan denne teknologien kan tas i bruk i Norge. Hva gir verdi, hvilke industricaser er det som gjør at bransjen vil kunne vurdere å gjøre en investering av denne typen utstyr?
Stiller høyere krav til hele verdikjeden
Å 3D-printe betong er nemlig en helt ny måte å tenke bygging på, som stiller nye krav til både standarder, regelverk, forretningsmodeller og måter å jobbe på.
Byggherrer behøver en bredere bestillerkompetanse. Leverandører må stille med nye byggematerialer og digitale systemer. Entreprenører må tilpasse sine prosesser og leveranser.
– Ingeniøren må gjøre mer og ha mer kunnskap om selve produksjonsmetoden, fordi de digitalt skal designe noe som skal ut i produksjon. Det er ikke lenger et ledd mellom skisse og produkt, sier Ormseth.
Derfor er det også et behov for mer data. Altså data som beskriver materialene, hvordan betongelementer fungerer i tid og rom og hvordan ulike design- og printprosesser påvirker den endelige strukturens styrke og holdbarhet.
Enkelt sagt: Det er mange det skal tas hensyn til. Nettopp derfor er det viktig å ha mange aktører med på laget.
Kan man lære av naturen?
Pilotprosjektet i Grimstad finansieres av Siva, et statlig foretak for industrivekst – og eies av Future Materials Katapultseter.
Deltagere i prosjektet er MIL, Veidekke, Heidelberg Materials, Norconsult, Mapei, Universitetet i Agder og Arkitekt – og Designhøgskolen i Oslo. I tillegg er Norsk Betongforening og Betongklyngen involvert for å formidle kunnskap og læring til flest mulig aktører.
Eirik Kristensen er leder for digital forretningsutvikling i Veidekke. Han forteller at printprosjektet inngår i en større strategisk satsning på operasjonell teknologi (OT).
Enkelt fortalt handler det om å utvikle og implementere teknologi som produserer materialer.
– Gjennom nye produksjonsmetoder og nye materialmuligheter kan vi bygge helt annerledes og mer miljøvennlig. Vi kan bruke mindre materialer, bygge kjappere og mer bærekraftig, sier han.
I tillegg gir printing en helt annen designfrihet, forklarer han:
– Der vi bygger en rett vegg i dag, kunne man for eksempel bygget noe mer organisk. I dag gjør vi ikke det, for kompleksitet koster så mange arbeidstimer. Men når man ser på mer organisk design inn i 3D-print, så koster ikke det noe mer.
Han bruker naturen som eksempel:
– En blomst er ikke en sirkulær søyle. Den er skrudd sammen på andre måter, og optimalisert ut ifra hva den skal tåle. Kanskje det er slik vi kommer til å bygge i fremtiden?
Ormseth i MIL forklarer at Veidekke spiller en nøkkelrolle som premissleverandører i prosjektet:
– Uten en aktør som Veidekke, som har både ressursene og en dedikert innovasjonsstrategi, ville et prosjekt som dette ikke vært mulig. De kan være med inn og stille nye krav til innovasjon i byggebransjen.
Bygg- og anleggsnæringen og den doble omstillingen
I en serie i samarbeid med Statsbygg, presenterer vi caser i bygg- og anleggsnæringen som opererer i krysningen mellom grønn og digital innovasjon.
Her kan du lese mer om utfordringene – og mulighetene – i den doble omstillingen.
Brendan Slater er avdelingsleder for dataanalyse i Statsbygg, og jobber daglig med digitalisering og innovasjon i byggebransjen. Han forteller at 3D-printing av betong er noe Statsbygg ser på med stor interesse:
– Vi vurderer hvordan vi kan bidra til at dette lar seg gjennomføre, for læring og videre skalering, sier han.
Må jobbe med lover og reguleringer
For å ta i bruk 3D-printing fullt ut, må vi utfordre og revidere det eksisterende regelverket, forklarer Ormseth:
– Standarder og reguleringer er tilpasset tradisjonell støping av betong, men vi mangler spesifikke retningslinjer for 3D-print og de materialene som brukes, sier hun.
Arbeidet med å etablere slike standarder er i gang, både nasjonalt og internasjonalt. Her i Norge jobbes det med en teknisk godkjenning av betongprinting fra SINTEF, mens det utarbeides nye reguleringer på europeisk nivå.
Å få på plass slike godkjenningene er helt avgjørende for at betongprinting skal kunne skaleres og tas i bruk i praksis. Disse må også spisses: Mot maritime miljøer, utvendige miljøer, innvendige miljøer – ja, alle spektrene hvor betong tas i bruk som byggemateriale.
– Samtidig må også industrien bekrefte at teknologien og materialene som printes er godt nok. Derfor må vi fortsette å jobbe med industricaser og printing av betong for faktisk bruk, påpeker Ormseth.
Kristensen i Veidekke mener midlertidige konstruksjoner kan være en interessant måte å både vise frem og teste ut betongprinting i praksis.
– La oss si at vi printer konstruksjoner vi sier skal vare i fem år. Vi kan bygge inn sensorer, og se hvordan det presterer over tid, med tanke på vær, vind og norske forhold. Det vil være en live operativ test vi både kan lære av, samtidig som det vil fungere som et utstillingsvindu.
Slik vil man også få med byggherre på pilotprosjekter med materialer som enda ikke er hundre prosent utprøvd.
– Entreprenører kan ikke eksperimentere med betongprinting uten byggherre med på laget. Vi må også huske på at byggherre må bestille på en helt annen måte. Derfor må de være med og strekke buen. Være innovative, legger han til.
Byggeplassen blir tryggere
For selv om MIL har bevist klimagevinstene i et case, er hun tydelig på at det regnestykket ikke automatisk kan overføres til andre produksjoner:
– Det er viktig å huske på at effektiviteten og besparelsene vi ser i et prosjekt ikke kan kopieres direkte til et annet, forklarer Ormseth.
En av grunnene til det, er at de ikke printer med vanlig betong. Den har litt andre tilsetningsstoffer tilpasset 3D-printing, som igjen gjør at behovet for denne typen betongblandingen øker.
– Likevel er det vi sparer på forskaling, transport og mindre personell åpenbare gevinster, uavhengig av prosjekt, legger hun til.
Hun understreker at robotisert assistanse også er med på å gjøre byggeplassen tryggere.
– Det er en grunn til at man har på seg verneutstyr på arbeidsplassen. Det er en indikasjon på at arbeidet er farlig. Dette er bare første steget i en robotisering av én av de farligere og tøffere arbeidsoppgavene vi har i Norge. Det vil gi mindre fysisk belastning til en arbeidsstokk som i fremtiden må jobbe til de er langt over 70 år.
Vil skape nye tjenester
Det er en kjensgjerning at den digitale transformasjonen vil endre en hel rekke arbeidsoppgaver. Noen yrker vil forsvinne, mens andre vil komme til.
– Vi kommer nok ikke til å ha mindre bemanningsbehov på fremtidens byggeplass. Snarere tvert imot, sier Ormseth.
Nye produksjonsmetoder medfører nye arbeidsoppgaver og behov for ny kompetanse. Dette vil være tilfellet i hele verdikjeden.
– Eksempelvis er det i dag få med erfaring og kompetanse innen industrielt design for 3D-print i Norge. Så det vil være jobbmuligheter selv med robotisering, legger hun til.
– Stadig flere deler erfaringer
Mange aktører i byggenæringen har lenge snakket om å «teste» og «eksperimentere». Nå registrerer Ormseth et skifte fra teori til praksis:
– Det er en nysgjerrighet, og en iver i å få ny teknologi ut på byggeplassen. Det er stadig flere som tør å rekke opp hånden og dele av sine erfaringer.
– Man ser flere og flere samarbeidsprosjekter rundt robotikk og kunstig intelligens. Det gjør at bransjen som helhet løfter hverandre og gjør hverandre bedre.
