Een digitaal congres over digitaal beton De redactie van Cement in gesprek met Freek Bos en Theo Salet over de RILEM-congres Digital Concrete 2020 1 3D-betonprinten van de fietsbrug in Gemert, op de TU Eindhoven 1 6? CEMENT 6 2020 3D-betonprinten is een techno- logie die zich, zeker voor een tra- ditionele sector als de bouw, in een razend tempo ontwikkeld. We weten steeds meer en er kan steeds meer. Zo zijn er de in de loop van de afgelo­ pen decennia veel verschillende printtech ­ nieken ontwikkeld. Ook technieken die afwijken van het eerste principe, waarbij constructies met behulp van extrusie laag voor laag worden opgebouwd. Printtechnie­ ken die nu worden toegepast zijn contour crafting, smart dynamic casting, particle-bed technology (o.a. D­Shape), shotcrete 3D prin - ting [1, 2]. Ze vallen allemaal onder een noe­ mer die in de wetenschappelijke wereld wordt aangeduid als digital fabrication of cement- based materials (DFC). Bij de ontwikkeling van de betonprinttechniek wordt aandacht besteed aan het hele maakproces, van (parametrisch) ontwerp, via mengsamen ­ stelling en materiaaleigenschappen tot constructieve eigenschappen, wapening en robotica (fig. 3). Betonprinten kan op een grote belang ­ stelling rekenen. Hoewel de uitvinding al dateert uit de jaren 90, toen Behrokh Khoshnevis zijn contour crafting introdu ­ ceerde, heeft de aandacht vooral de afgelo­ pen jaren een enorme impuls gekregen. Niet alleen vanuit de wetenschappelijke wereld. Ook de industrie is enthousiast. Velen zijn ervan overtuigd dat 3D­ printen de enige manier is om de bouw eindelijk wakker te schudden. Om de techniek echt volwassen te ma ­ ken is kennisdeling essentieel. Dat is de reden dat RILEM het initiatief heeft genomen voor het organiseren van congressen over digi ­ taal beton. De eerste, Digital Concrete 2018, vond plaats bij het ETH Zurich. De tweede, Digital Concrete 2020, vond afgelopen juli plaats en werd gehost door de TU Eindhoven. Even leek de corona ­crisis roet in het eten te gooien, maar juist omdat snelle kennis­ deling essentieel is in een vakgebied dat zich zo snel ontwikkelt, was uitstel geen optie. Het alternatief, een volledig online congres, had verassend genoeg een aantal grote voordelen. De redactie van Cement sprak met Freek Bos, voorzitter van het Organizing Committee en Theo Salet, hoofd van de on ­derzoeksgroep van de TU Eindhoven die zich richt op 3D­betonrpinten. Techniek als middel De bouw staat gesteld voor enkele grote uitdagingen. De twee belangrijkste zijn duurzaamheid, met alles wat daarmee samenhangt (CO 2­emissie en circulariteit), en productiviteit. Salet: "De bouw is de enige sector waarin de productiviteit al 30 á 40 jaar op hetzelfde niveau is gebleven. Als dat niet verandert, kunnen we bij lange na niet voldoen aan de vraag. Productiviteitsstijging is alleen mogelijk met digitalisering, zo is het in andere industrieën ook gegaan. Door de juiste printtechniek in te zetten kan de bouwsnelheid en daarmee de productiviteit enorm omhoog. En doordat je alleen daar materiaal hoeft aan te brengen waar je het nodig hebt, kan de techniek bovendien bijdragen aan duurzaamheid." Om 3D­ printen een rol van betekenis te laten spelen bij deze uitdagingen, is het belangrijk de ontwikkeling niet te veel van ­ uit de techniek te benaderen. Salet: "In het begin was de techniek leidend. We zijn gaan uitzoeken of en hoe we konden printen. Maar inmiddels hebben we bewezen dat het kan. De techniek is nu slechts het middel. De volgende stap is te laten zien hoe we die techniek kunnen inzetten bij grote maat­ schappelijke vraagstukken en vooral naar het applicatiegebied te kijken. We hebben al ervaring opgedaan met kleine fiets­ en voet­ gangersbruggen (o.a. brug in Gemert, red.) (foto 1, 2 en 4) en we zijn op dit moment woningen in Eindhoven aan het printen (project Milestone, red. (fig. 6)). De volgende stap is de realisatie van verkeersbruggen. Vervolgens moeten we ook met economisch interessante oplossingen voor de woning ­ bouw komen. Die liggen misschien wat ver­ der weg ? woningen zijn een stuk complexer dan bruggen ? maar daar moeten we wel aan werken." Het is volgens Salet wel belangrijk het hele proces in ogenschouw te nemen. "Je moet niet proberen een tekening na te prin ­ ten. Dat wordt een ramp. Je moet ontwerp, materiaal en printtechniek op elkaar af ­ stemmen, liefst op een parametrische manier. Dat is echt de makke van de DR.IR. FREEK BOS Assistant Professor TU Eindhoven, Department of the Built Environment Voorzitter Organizing Committee RILEM-congres Digital Concrete 2020 PROF.DR.IR. THEO SALET Decaan Faculteit Bouwkunde & Hoogleraar Structural design of concrete structure TU Eindhoven, Department of the Built Environment door?ir. Jacques Linssen, Aeneas Media / redactie Cement SELECTIE VAN PAPERS IN CEMENT In dit themanummer van Cement staat van zeven papers een vertaalde bewerking. Het grootste deel hiervan komt van Nederlandstalige Universiteiten (Eindhoven, Delft, Gent en Leuven). CEMENT 6 2020 ?7 2 3D-geprinte fietsbrug in Gemert, foto: BAM Infraconsult 3 Materiaal, printen en ontwerp moeten integraal worden bekeken? 4 3D-geprint element voor fietsbrug in Nijmegen?5 Shotrete 3D printing, foto: Institute of Structural Design, TU Braunschweig 6 Impressie van project Milestone in Eindhoven, bron: Houben / Van Mierlo architecten; a.i: Backbone 2 3 4 5 6 8? CEMENT 6 2020 huidige industrie: eerst wordt een ontwerp gemaakt, dan wordt het geëngineerd en dan wordt er gekeken of het gemaakt kan worden. Dat is bijna schattig!" Rol universiteiten en congressen Bij de ontwikkeling van de techniek spelen universiteiten een belangrijke rol. Universi­ teiten vormen één van de poten in de zoge­ noemde quadrupel ­helix, een innovatiemo­ del dat uitgaat van samenwerking tussen universiteiten, de industrie, de overheid en de burger. De academische wereld draagt kennis aan, de industrie gaat ermee aan de slag, de overheid ziet erop toe dat het veilig gebeurt en de burger, daar doen we het uit­ eindelijk voor. Bos: "Er is heel veel kennis ontwikkeld, wereldwijd. En die kennisont­ wikkeling neemt al decennialang exponenti ­ eel toe. Het is nu zaak die kennis praktisch toepasbaar te maken en beschikbaar te stel ­ len voor de industrie. Daar ligt een grote opgave. We moeten gaan bewijzen dat de in ­ dustrie er ook daadwerkelijk wat mee kan." Dat het een weg is van vallen en op­ staan, daarvan is iedereen zich wel bewust. Ook op de TU/e. Salet: "We moeten niet bang zijn onze neus te stoten. We hebben wat stomme dingen gedaan sinds we vijf jaar terug zijn begonnen. Daar moet je van leren. En als je echt iets wil veranderen moet je kennis durven delen." Het is duidelijk dat congressen daarbij een grote rol spelen. Bos: "Als je alles voor jezelf houdt kun je in een paar jaar tijd mis­ schien één idee uitwerken. Bovendien is het risico van academische communicatie dat het eenrichtingsverkeer is. Terwijl feedback juist zo belangrijk is. Lang niet alles wat wordt onderzocht is even goed, iemand moet je daarop wijzen." Een probleem van congressen is ech ­ ter de frequentie. En juist hierin kunnen online activiteiten een rol spelen. Salet: "Kennisdeling via congressen is hartstikke noodzakelijk, maar ook tijdrovend. Als je de resultaten van jouw onderzoek in een paper verwerkt ben je gauw een half jaar tot een jaar verder voordat de kennis bij anderen belandt. Waarom laten we anderen niet ge­ woon meekijken? Zet een camera op een proef en deel de beelden." Dat er zo veel kennis ontwikkeld wordt komt niet in het minst door het grote aantal in ­ stanties dat zich met de techniek bezig ­ houdt. Je ziet daarbij wel een aantal koplo­ pers ontstaan en daar is TU Eindhoven er zeker ook een van. Die koplopers zijn zo hun eigen specialismen gaan ontwikkelen. Bos: "De universiteit in Braunschweig richt zich bijvoorbeeld op verschillende printtechnie­ ken, andere dan extrusie. ETH Zürich is heel sterk in chemie. Daar weten ze haast van seconde tot seconde wat er met de mor­ tel gebeurt." Eindhoven richtte zich aanvan ­ kelijk vooral op de constructieve kant. In ­ middels komt de universiteit daar iets van terug. De reden is dat steeds duidelijker wordt dat alles met elkaar samenhangt. Dat je materiaal niet los kun zien van robotica of constructie. Een onderwerp dat in de wetenschap­ pelijke wereld nog wat is onderbelicht is de robotica. Bos: "De bouw wordt vanuit de ro­ botica nog nauwelijks als interessante sector gezien. Die richten zich veel meer op vlieg ­ tuigbouw, chipsindustrie en chirurgie. Een partij als ABB beseft denk ik nog niet hoe groot de bouw is en hoe interessant de sec­ tor voor ze kan zijn. Maar dat gaat nog wel gebeuren. De kans op succes is veel groter als partijen van buiten de bouw zich ermee gaan bemoeien. Het is veelzeggend dat twee belangrijke pioniers in dit vakgebied, Khoshnevis voor filamentprinten en Dini voor poederbedprinten, van huis uit werk ­ tuigbouwkundigen zijn." RILEM-congres Al met al genoeg redenen voor RILEM om het congres uit 2018 een vervolg te geven. En de wetenschappelijke wereld dacht er net zo over. Met 111 papers was het congres bijna 4x zo groot als twee jaar terug. Een beter bewijs voor het enorme tempo waarin het vakgebied zicht ontwikkelt is er haast niet. En met 400 deelnemers was de belang ­ stelling groter dan gedacht. Dat had wellicht ook met de breedte van het programma te maken, dat besloeg het complete veld van digitaal beton, van extrusieprinten tot poe­ derbedprinten, van reologie tot robotica, van ontwerp tot constructie. Salet: "Het heeft onze ogen toch weer wat verder "De bouw is de enige sector waarin de productiviteit al 30 á 40 jaar op hetzelfde niveau is gebleven" BESTE PAPERS Tijdens het congres zijn enkele awards toegekend. Die voor de beste papers gingen uit naar (ex aequo): ?Application of 3D printed segments designed by topology optimi- zation analysis to a practical scale pres- tressed pedestrian bridge; Koji Kinomura, Satoshi Murata, Yujin Yamamoto, Hirotoshi Obi, Akihito Hata, Taisei Corporation, JAPAN. ?Gravity driven tests to assess mecha- nical properties of printable cement- based materials at fresh state; Yohan Jacquet, Vincent Picandet, Damien Rangeard, Arnaud Perrot, South Brittany University, FRANCE. ?Influence of processing parameters on the layer geometry in 3D concrete printing: experiments and modelling; Raphael Comminal, Wilson Ricardo Leal da Silva, Thomas Juul Ander- sen, Henrik Stang and Jon Spangen- berg, TU Denmark / DTI, DENMARK. CEMENT 6 2020 ?9 geopend. Natuurlijk weten wij dat er meer technieken zijn dan onze extrusiemethode. Maar je zag tijdens het congres dat er in die andere technieken ook meer onderzoek is gedaan. Dat is belangrijk om te weten. Straks gaan we nog denken dat extrusie­ printen de heilige graal is. Maar er is niet één oplossing de ideale. En ook voor het traditioneel storten van beton zal er een plek blijven. Het zou idioot zijn alles op één manier te doen." De organisatie heeft een uitgebalan ­ ceerd programma samengesteld. Zo waren er veel uiteenlopende keynote speakers. Uit het vakgebied zelf enkele topsprekers, maar ook enkele uit andere vakgebieden. Bos: "Wij hebben Maarten Steinbuch uitgeno­ digd, een absolute autoriteit als het gaat om robotica. Maar ook iemand als Virginia San Fratello, een kunstenares/architect die met een brede blik de meest fantastische projec­ ten heeft gerealiseerd." Naast de keynote speakers waren er 13 invited speakers, onderzoekers die ook een paper hebben geschreven voor een special issue van CCR (Cement and Conrete Research) over Digital Concrete. En dan dus 111 open inzendingen. Bos: "Juist die individuele papers zijn essen ­ tieel. Die vormen de ruggengraat van het congres." Onderwerp verbreed Wat opviel tijdens het congres was de ver­ breding van het onderwerp. Zoals gezegd was er veel aandacht voor verschillende en ook nieuwe printtechnieken zoals 3D­shot­ crete (foto 5). Maar ook aanverwante zaken worden meegenomen. Bos: "Je ziet dat nu ­ meriek modelleren steeds belangrijker wordt. En voorzichtig zie je de eerste resul ­ taten van levenscyclusanalyses." Volgens Salet ontstaat er veel meer het besef dat er controle op het proces moet zijn. "Dat wat je vandaag print moet van de­ zelfde kwaliteit zijn als wat je morgen print. Anders heeft proeven doen geen zin en kun je niet naar normering toe. Want dat is noodzakelijk. We kunnen niet elke keer een een ­op­eenproef doen." Om ervoor te zorgen dat 3D­ printen vaste voet aan de grond krijgt, is het nood ­ zaak dat het verder komt dan de academi ­sche wereld en dat de industrie het oppakt. En dat gebeurt ook al op grote schaal. Salet: "Kijk naar wat bedrijven als BAM, Weber Beamix, Bruil en Vertico al doen. Ook dat wilden we laten zien tijdens het congres. Dat was de reden om het onderdeel Science meets industry toe te voegen, waarin de industrie kon laten zien waar ze mee bezig zijn." Van fysiek naar online De voorbereidingen voor het congres waren in volle gang en toen was daar opeens coro­ na. Salet: "Geleidelijk ontstond het besef dat we een alternatief moesten bedenken. Af ­ slanken? Uitstellen? De papers waren al ingediend dus lang wachten was geen optie. Gezien de snelheid van de ontwikkelingen wilden we dat ook niet. Eigenlijk bleef er maar een optie over: een compleet congres, volledig online. We hadden alleen geen flauw benul hoe dat zou moeten." Bos: "Er waren heel veel vraagtekens. Wat zouden de deelnemers gaan doen? Hoe zouden de sponsors reageren? We hebben uiteindelijk besloten alles zelf te organise­ ren, ook om kosten te besparen. En we wis­ ten vooraf ook niet wat we precies wilden. Een fatsoenlijke opdracht aan een externe partij konden we dus helemaal niet formule­ ren. Gelukkig hadden we de mazzel dat we een aantal hele goede krachten in ons team hadden. Een zeer prettige bijkomstigheid van het zelf organiseren is dat we de kennis en de spullen nu in huis hebben. We kunnen nu als we willen in een handomdraai iets kleinschalig organiseren." Wat ontbreekt op een online congres is uiteraard het elkaar fysiek ontmoeten. Maar contactmomenten waren er genoeg. Bos: "Daarin zat voor ons de grootste uitda ­ ging. Hoe zorgen we ervoor dat mensen met elkaar in contact komen en hoe voorkomen we dat het een grote saaie Zoom ­meeting wordt? Hoe houden we mensen aan boord? Variatie was heel belangrijk. Een main stage met lezingen, een parallel programma, in ­ terviews, Science meets industry, break ­out rooms waar mensen elkaar konden ontmoe­ ten, een chat. Daar is allemaal veelvuldig gebruik van gemaakt. Bij haast elke sessie werden vragen gesteld. We hebben ook veel "Het risico van academische communicatie is dat het eenrichtings- verkeer is" TERUGKIJKEN Een groot deel van de leningen is terug te kijken op een speciaal YouTube-kanaal: www.youtube.com/channel/ UCBdyr8bya4GMyAjB2CJcf7Q. Daarop zijn de keynote lezin- gen en de invited speakers terug te zien. De special issue van Cement and Concrete Research is te lezen op: www.sciencedirect.com/ journal/cement-and-concrete- research/special-issue/ 10W6F4DB63B. 10? CEMENT 6 2020 aandacht besteed aan de kwaliteit van de parallelsessies. We hebben ervoor gekozen ze vooraf op te nemen, zodat je zeker bent van een bepaalde kwaliteit. En we hebben heel veel geoefend vooraf. We zaten natuur­ lijk wel met het tijdsverschil. Sommigen moesten al om 5 uur 's ochtends inschakelen en anderen waren tot wel 12 uur 's nachts online. Maar het grote voordeel was dat het voor de deelnemers veel minder tijd kostte. Het programma was telkens relatief kort, van 12:00 uur tot 16:30 uur. Het was dus veel makkelijker in de agenda in te passen dan een normaal congres. Dat hebben we van verschillende kanten terug gehoord. Sommigen vonden het zelfs beter dan normaal." Salet: "We hadden ook de tijdgeest mee. Het was voor iedereen nieuw. Mensen hadden onderzoek gedaan en waren soms nauwelijks nog op de universiteit geweest. Ze stonden te popelen om hun verhaal te vertellen." Toekomst Er is dus zeker een toekomst voor deze ma ­ nier van kennisuitwisseling. Salet: "Het lijkt me raar als we na covid ­19 de wereld rond blijven reizen. Maar er moet ook voldoende gelegenheid zijn elkaar in het echt te treffen. Zeker jonge onderzoekers moeten elkaar fysiek ontmoeten om vertrouwd te raken in de wereld. Voor die groep organiseren we normaal iets in het weekend voorafgaand aan het congres. Nu kon dat niet. Daarom organiseren we nog Digital Concrete revistied, zodra corona dat toelaat. Iets kleinschaligs, een workshop of iets degelijks." Bos: "Ik denk dat het meer toegaat naar hybride concepten, ook al kost dat voor de organisatie nog meer tijd!" Over het congres zijn de beiden bij­ zonder tevreden. Salet: "We zijn als weten ­ schappelijke wereld weer een stap verder gekomen. Als je ziet hoe deze grote en vooral heel jonge community met elkaar heeft gecommuniceerd, dan denk ik: hoera!". "De voorberei - dingen voor het congres waren in volle gang en toen was daar opeens corona" LITERATUUR 1?Salet, T.A.M., Wolfs, R.J.M., 3D-printen van betonconstructies. Cement 2015/7. 2?Bos, F.P., Wolfs, R.J.M., Salet, T.A.M., CCR Digital Concrete 2020 SI: Editorial. Cement and Concrete Research 135 (2020). 7 Freek Bos (l) en Theo Salet tijdens de opening van het congres 8 Virginia San Fratello tijdens haar keynote speach 7 8 CEMENT 6 2020 ?11