Vuosi 2020 on alkanut koronaviruksen rajoitusten merkeissä ja valtaosa alkuvuoden suuremmista tapahtumista on jouduttu perumaan mm. matkustusrajoitusten vuoksi. Digital Concrete 2020 –konferenssi oli siitä poikkeuksellinen, että kun koronan vuoksi rajat menivät kiinni, päättivät järjestäjät perumisen sijaan muuttaa koko tapahtuman web-konferenssiksi. Tapahtuma oli viralliselta nimeltään “Digital Concrete 2020: 2nd RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication” ja se oli tarkoitus järjestää Eindhovenin teknillisessä yliopistossa (Eindhoven University of Technology), joka on yksi “digitaaliseen betoniin” liittyvän tutkimuksen edelläkävijöistä.

Konferenssi järjestettiin 6-9.7.2020 ja kyseessä on joka toinen vuosi järjestettävä tapahtuma. Seuraavan kerran tapahtuma järjestetään Englannissa vuonna 2022. Tapahtuman taustalla vaikuttaa kansainvälinen RILEM (“The International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures”) järjestö. Lisätietoja järjestöstä löytää osoitteesta http://www.rilem.net.

Konferenssissa esiteltiin 111 aiheeseen liittyvää, vertaisarvioitua julkaisua ja tapahtumaan siihen osallistui n. 350 osallistujaa ympäri maailmaa, joskin Yhdysvallat ja Eurooppa oli vahvasti edustettuna. Konferenssin julkaisut on koottu kirjaksi ja julkaistu Springerin kautta nimellä “Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication”, kirjan tiedot löytyvät osoitteesta https://doi.org/10.1007/978-3-030-49916-7.

Webkonferenssi järjestettiin Hopin –sivuston kautta (https://hopin.to/). Hopin on virtuaalinen tapahtuma-alusta joka mahdollistaa suurienkin tapahtumien järjestämisen. Koska kyseessä on web-alusta, on nettiyhteyden pätkimätön toimiminen luonnollisesti hyvinkin tärkeää. Tämän varmistamiseksi valtaosa esityksistä oli nauhoitettu etukäteen, ja esitysten jälkeen oli mahdollista keskustella esityksen pitäjän kanssa livenä.

Konferenssin esityksiä pidettiin normaalien suurempien konferenssien tapaan samanaikaisesti eri esiintymistiloissa, jotka oli Hopinissa nimetty päälavaksi (Main Stage) sekä huoneiksi A, B, C ja D. Päivittäiset key-note ja loppupuheenvuorot pidettiin yhteisesti päälavalla, ja muut esitykset neljässä eri aihepiirien mukaan jaotellussa huoneessa. Yleistason otsikot olivat “Structural engineering & reinforcement”, “Rheology & fresh state behaviour”, “Applications & Case studies” ja “Digital design, Technologies & Industrialization” joista näkee suurinpiirtein minkä tyyppisten haasteiden parissa betonin 3D-tulostuksessa tällä hetkellä painitaan.

Keynote- ja kutsupuheenvuoroja lukuunottamatta esitysten pituus oli keskimäärin 15 minuuttia. Tämä tarkoitti sitä, että kysymyksille ei juurikaan jäänyt aikaa, joten päivän ohjelmaan oli lisätty muutaman tunnin välein tauko, jonka aikana esiintyjät liittyivät mukaan erillisiin “break-out” –huoneisiin vastaamaan kysymyksiin. Tämä mahdollisti sen, että esitykset eivät juurikaan venyneet tapahtuman aikataulusta ja oli muutenkin etäyhteyksien luotettavuutta ajatellen oikea ratkaisu siinä mielessä, että esiintyjiä oli kirjaimellisesti ympäri maailmaa. Aivan kaikkiin esiintyjiin ei yhteyttä onnistuttu saamaan.

Konferenssissa oli useita mielenkiintoisia esityksiä betonin 3D-tulostukseen liittyen ja tapahtuman keynote-puheenvuorot olivat erinomaisia. Näiden lisäksi esillä oli konkreettisia esimerkkejä teollisuudesta päivittäisissä “Science meets industry” –osioissa. Niissä betonin 3D-tulostuksen parissa toimivat yritykset esittelivat toimintaansa toteutettujen tai toteutuksessa olevien projektien kautta. Nämä olivat erityisen mielenkiintoisia, sillä yritykset kertoivat myös haasteista ja ongelmista joihin olivat em. caseissa törmänneet ja kertoivat mitkä ovat heidän mielestään ratkaisua vaativia tutkimushaasteita. Ajatuksena oli siis tuoda tutkimuslaitoksille näkyville paitsi onnistuneita esimerkkejä, myös niitä haasteita, joihin yritykset edelleen kaipaavat ratkaisuja. Mielenkiintoisimpien Science meets industry -osioiden sisällöistä löytyy lisää tietoa seuraavasta blogikirjoituksesta, linkki: https://blogi.savonia.fi/3dtulostus/2020/08/04/digital-concrete-2020-ja-betonin-3d-tulostus-2/

Esitysten perusteella betonin “digitalisoituminen” on hyvää vauhtia etenemässä oikeaan suuntaan. Digitaalisella betonilla tarkoitetaan paitsi betonin 3D-tulostusta mutta myös muuta betoniin ja rakennustekniikkaan liittyvää automaation lisääntymistä. 3D-tulostus ei suinkaan ole ainoa uusi valmistusmenetelmä – konferenssissa oli useita esitelmiä sveitsissä kehitetystä “Smart Dynamic Casting” menetelmästä. Vaikka Euroopassakin rakennetaan jo asuinrakennuksia tulostamalla sekä hyödynnetään betonista 3D-tulostettuja komponentteja rakentamisessa, on tekniikka vasta ottamassa ensimmäisiä kunnon kehitysaskelia. Jotta betonin 3D-tulostus olisi varteenotettava menetelmä rakennusteollisuudessa vaatii se vielä runsaasti kehitystyötä, sekä luonnollisesti testaus- ja hyväksymismenettelyjen vakioimista ja yleistämistä. Tällä hetkellä euroopassa rakennettavien rakennusten osalta kuormitustestauksia on tehty mm. 1:1 elementeillä, mikä ei rakennusteollisuuden mittakaavassa ole millään tavalla kustannustehokasta.

Lisäksi ratkaistavana on vielä useita konkreettisia ongelmia joista esille nousee usein raudoituksen tai muun tukirakenteen automaattinen lisääminen betoniin tulostusprosessin aikana. Seminaarissa olikin tähän liittyen muutamia hyviä oivalluksia, kuten esimerkiksi teräsvaijerin sijoittaminen pursotettuun massaan tulostuksen yhteydessä. Ratkaisu vaikutti suhteellisen toimivalta ja lupaavalta horisontaalisten tukirakenteiden osalta, mutta yhtä hyvää ratkaisua vertikaalisten tukirakenteiden sijoitukseen ei vielä näkynyt. Yksi seminaarin esityksistä (Omar Geneidy & al, “Simultaneous Reinforcement of Concrete While 3D Printing”) esitteli niittipyssymäisen ratkaisun tutkimista. Siinä massaan sijoitettaisiin niittejä tulostuskerrosten välissä (kuva 1, oikealla). Kyseessä oli kuitenkin vasta alustava testi jossa ongelmana oli mm. betonin tarttuminen niitteihin. Lisäksi yhdessä esityksessä oli alustavasti tutkittu lankasyöttöisen suorakerrostuksen (WAAM, wire-added additive manufacturing) käyttömahdollisuutta teräksisen tukirakenteen tulostamiseen, tosin vain jauhepetimenetelmään perustuvan betonitulostuksen yhteydessä.

Kuva 1. Vasemmalla Eindhovenin teknillisella yliopistolla käytössä oleva laite vaijerin sijoittamiseen tulostuksen yhteydessä. Oikealla niittiratkaisun testausta. Lähde: Digital Concrete 2020

Jokaisen päivän esitysten lopuksi oli vuorossa asiantuntijaraadin wrap-up, jossa RILEM:in asiantuntijat nostivat esille konferenssissa esiteltyjä julkaisuja ja mitä itse niistä kokivat mielenkiintoisiksi. Päivittäisissä wrap-upeissa nousi esille useita kertoja samantyyppisiäkin asioita – digitaalisten mallien ja datankäsittelyn tarpeista multimateriaalitulostuksen mahdollisuuksiin. Yhtenä koko konferenssia koskettavana huomiona oli se, että aiemmin julkaisuissa keskityttiin yksinkertaisiin perusmuotoisiin geometrioihin mutta suuntaus on muuttumassa entistä monimuotoisempiin geometrioihin, joilla pyritään hyödyntämään 3D-tulostuksen tarjoama geometrinen vapaus mahdollisimman hyvin. Toinen erittäin tärkeä huomio oli ohjelmistokehityksen tarve joka jo tälläkin hetkellä rajoittaa materiaalikehitystä. Ei ole järkeä kehittää entistä monimutkaisempia materiaaleja ellei myös suunnitteluohjelma ja rakennesuunnitelmat niitä pysty hyödyntämään. Tämä on ongelma joka aiheuttaa myös muiden materiaalien 3D-tulostuksessa päänvaivaa – esimerkiksi multimateriaalitulostus metallista tai muovista on aivan saman ongelman edessä.

Onneksi tutkimuslaitokset eivät ole aihepiirin kehityksessä yksin, sillä myös teollisuuden suuret yritykset ovat heränneet lisäävien valmistusmenetelmien potentiaaliseen hyötyyn. Esimerkiksi hollannissa BAM ja Weber Beamix avasivat viime vuonna yhdessä betonin 3D-tulostustehtaan Eindhoveniin jossa yritykset voivat testata ja kokeilla 3D-tulostettujen kappaleiden valmistusta. Tällä hetkellä yritykset ovat jo oppineet käyttämään erilaisia tukirakenteita ja betoniseoksia valmistusprosessin aikana. Yhtenä tärkeänä asiana yritykset nostavat esiin parametristen 3D-mallien käytön sillä ne mahdollistavat muutosten joustavan tekemisen sekä mm. elementtien helpon skaalauksen eri kokoluokkiin. Twente additive manufacturing -yrityksellä oli puolestaan konferenssissa live-esitys työmaalta, jossa kasattiin 3D-tulostettua taloa ja yrityksen insinöörit vastailivat kiinnostuneiden kysymyksiin. Kyseessä oli kanadassa rakennettava talo joka täyttää maan rakennusmääräykset kaikilta osin. Kyseinen monimuotoinen talo tulostettiin elementeissä tehtaalla ja sitä kasattiin elementeistä paikan päällä.

Kuva 2. Hollannista löytyy jo useampia yrityksiä, joilla on betonin 3D-tulostuslaitteita. Vasemmalla BAM & Weber yhteistehdas, oikealla Bruilin 3D-tulostusyksikkö. Lähde: Digital Concrete 2020

Konferenssista on saatavilla youtuben kautta päiväkohtaiset videot jotka pitävät sisällään keynote- & vieraspuheenvuorot, esityspuheenvuoroja sekä science meets industry –videot. Vieraspuheenvuorojen edessä näkyvä lyhenne CCR tulee luonnollisesti sanoista Cement & Concrete Research. Päiväkohtaiset tiivistelmät löytyvät seuraavien linkkien takaa. Tiivistelmissä kaikki päälavan esitykset ovat peräkkäin:

  • Päivä 1: https://www.youtube.com/watch?v=MWFa_9KtpsA     
    • Keynote lecture: Prof. Robert Flatt
    • CCR Special Issue, Invited Talks
      • Mohammad Khan et al. “3-D printing of concrete: Beyong Horizons”
      • Richard Buswell et al. “A process classification framework for defining and describing Digital Fabrication with Concrete”
      • Ena Lloret-Firtschi et al. “From Smart Dynamic Casting to a growing family of Digital Casting Systems”
      • Constantino Menna et al. “Opportunities and challenges for structural engineering of digitally fabricated concrete”
    • Science meets industry:
      • Witteveen en Bos: De Vergaderfabriek (“the Meeting Factory”)
  • Päivä 2: https://www.youtube.com/watch?v=lOS7cKndnA4
    • Keynote lecture: Prof. Dirk Lowke, “Particle bed 3D printing ‐ Future challenges on the way to application in structural concrete”
    • Keynote lecture: Prof. Maarten Steinbuch, “Robots are your friends!”
    • Science meets industry:
      • Vesteda, Saint-Gobain Weber Beamix, Witteveen + Bos, van Wijnen: Project Milestone
  • Päivä 3: https://www.youtube.com/watch?v=Y66Yfmk1dX8
    • CCR Special Issue, Invited Talks
      • Viktor Mechtcherine et al. “Extrusion‐based additive manufacturing with cement‐based materials – Production steps, processes, and their underlying physics: A review”
      • Nicolas Roussel et al. “Numerical simulations of concrete processing: From standard formative casting to additive manufacturing”
      • Akke Suiker et al. “Elastic buckling and plastic collapse during 3D concrete printing”
      • Harald Kloft et al. “Influence of process parameters on the interlayer bond strength of concrete elements additive manufactured by Shotcrete 3D Printing (SC3DP)”
      • Yu Chen et al. “Improving printability of limestone‐calcined clay‐based cementitious materials by using viscosity‐modifying admixture”
      • Victor Li et al. “On the emergence of 3D printable Engineered, Strain Hardening Cementitious Composites (ECC/SHCC)”
    • Science meets industry: Vertico, tehdasvierailu
  • Päivä 4: https://www.youtube.com/watch?v=PC8dBr2LxkI
    • Keynote lecture: Prof. Theo Salet, “3D Concrete printing in a construction industry 4.0”
    • Keynote lecture: Assoc. Prof. Virginia San Fratello, “Printing architecture”
    • Science meets industry:
      • Bruil prefab printing: projects Waterstoptaxi & “Den Helder”

Antti Alonen
TKI-asiantuntija
Savonia-ammattikorkeakoulu

Digital Concrete 2020 ja betonin 3D-tulostus (1/2)
Tagged on:         

One thought on “Digital Concrete 2020 ja betonin 3D-tulostus (1/2)

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *