Hvordan gør vi byggebranchen grønnere? Med 3D-printede støbeforme i voks!

Forestil dig, at du bager småkager ved hjælp af en bageform. Du hælder dejen i formen - og ud kommer perfekte småkager, formet præcis som kageformen.

På samme måde har vi i byggeriets verden noget, der hedder støbeforme. Det er store forme, fremstillet af materialer som træ eller plastik, som man hælder beton i for at forme bygninger, broer og andre store konstruktioner.

De lyder måske ikke så vigtige, men de er afgørende for at sikre, at betonen stivner i den ønskede form, hvilket er essentielt for konstruktionens stabilitet.

Støbeforme er grundpillerne i byggeriet og sætter et stort aftryk, ikke kun på den endelige konstruktion, men også på vores pengepung og vores planet.

Desværre kan den traditionelle måde at lave en støbeform på være ret bekostelig og skabe tonsvis af affald, hvilket ikke rigtig er i tråd med vores drøm om en grønnere, mere bæredygtig byggebranche, vel?

Det er netop derfor, vi har kastet os ud i en spændende udfordring med at finde smartere, cirkulære løsninger.

Hvad er vores mål? At ændre og nytænke støbeforme, så de bliver så cirkulære som muligt!

Problemet med traditionelle støbeforme

Ligesom bagning efterlader byggebranchen også sin andel af krummer, men i stedet for kagekrummer er det CO₂ og andre emissioner, ikke kun fra spild i fremstillingen af støbeformene, men især fra betonproduktionen.

Det er et alvorligt problem, i betragtning af at vi forsøger at passe på vores smukke planet.

Så vi besluttede at undersøge grønnere muligheder for produktionen af støbeforme, der tilskynder til brug af digitale værktøjer, som kan bidrage til brugen af mindre beton.

Vi leder efter en tilgang, der skærer ned på spild og affald, holder omkostningerne nede, udnytter betonen bedst muligt og selvfølgelig stemmer overens med branchens mål for bæredygtighed.

3D-printede støbeforme i voks: En gamechanger

Vi dypper tæerne i en verden af avanceret teknologi ved at udforske en banebrydende tilgang, hvor man bruger en særlig metode til at fremstille formene kaldet MEX/Material Extrusion (hvor et materiale mases ud gennem en tud, lidt som tandpasta).

Vores gode idé? At fremstille støbeforme ved hjælp af 3D-printet voks.

Lidt forenklet kan man forestille sig, at man har en 3D-printer, men i stedet for at printe en solid plastikgenstand, som man ikke kan ændre, printer vi specielle forme lavet af voks.

Disse forme kan bruges til at skabe indviklede og skræddersyede designs til byggearbejde.

En af de mest bemærkelsesværdige egenskaber ved disse voksforme er, at de kan genbruges. Ifølge en undersøgelse foretaget af Det Europæiske Miljøagentur genererer bygge- og nedrivningsaktiviteter omkring 374 millioner tons affald om året.

Et andet studie viser, at næsten 20 procent af dette affald specifikt kommer fra støbeformen i træ.

Vores tilgang har til formål at tackle dette problem direkte. Efter at formen har tjent sit formål, kan voksen smeltes ned, filtreres og genbruges flere gange med minimalt spild.

Det reducerer ikke kun omkostningerne betydeligt, men har også potentiale til at reducere affaldet med op til 90 procent, som det fremgår af en livscyklusvurdering.

Vores hemmelige våben er en særlig type voks. Det er ikke almindelig voks i paraffin som du kender fra stearinlys, men en særlig blanding, der er designet til at skabe disse forme.

Teknologien bag innovationen

Lige nu bruger vi voks til fræsning (det er et fint udtryk for at skære formen ud), men vi er ved at gøre klar til at gå over til at 3D-printe disse forme direkte i fremtiden.

Dette skift til 3D-print er vigtigt, fordi det potentielt kan reducere produktionstiden sammenlignet med fræsning, hvilket giver mulighed for hurtigere forbedringer og større fleksibilitet i designet.

Denne lovende løsning bringer os et skridt tættere på vores mål om mere bæredygtigt byggeri.

Voksen er en kombination af carnauba-voks, ethylen-vinyl-acetat-copolymer, paraffin-voks og polycyclopentadien.

Denne kombination er specielt designet til at fremstille fræsede voksforme med egenskaber, der er skræddersyet til beton-støbeforme.

Det voksbaserede materiale kombineret med avanceret 3D-print og fræsning er i stand til at håndtere komplekse og snørklede designs, der kan bringe vores vision om bæredygtige støbeforme ud i livet.

Reduktion af omkostninger og affald

At tage de 3D-printede voksforme i brug i produktionen af støbeforme giver betydelige fordele.

For det første reducerer det omkostningerne til produktion drastisk sammenlignet med traditionelle metoder.

Derudover reduceres byggeaffaldet når man stopper med at bruge så meget træ til støbeformene.

Studier har vist, at omkostningerne ved at fremstille voksforme, inklusive genanvendelsesprocessen for voksen, er lavere end for konventionelle ’engangs-støbeforme’ i EPS80 (flamingo eller polystyren-skum).

Disse teknikker til at optimere betonkonstruktioner kan ikke alene hjælpe med at minimere forbruget af beton, men også optimere konstruktionernes kvalitet.

Billedet til venstre nedenfor af en færdig 3D-printet voksstøbeform viser teknologiens præcision og finesse. På højre billede står en betonsøjle støbt i formen, komplet med et forstærkningsrør.

Ved siden af ligger den knuste voksstøbeform, klar til at blive genbrugt. Selve søjlen hviler på det, der engang var støbeformens stillads, og belyser hele livscyklussen for denne bæredygtige byggemetode.

Mod en bæredygtig fremtid

Selvom vores undersøgelse i øjeblikket er i skriveprocessen og er tiltænkt udgivelse i et videnskabeligt tidsskrift, har den allerede vist lovende resultater.

Vi foretager også reologiske målinger (undersøgelser af, hvordan materialet flyder) for yderligere at udforske og optimere vores metoder. Vi forventer at offentliggøre disse omfattende resultater i slutningen af 2023.

At øge brugen af 3D-printede voksforme i byggebranchen kræver dog yderligere forskning, blandt andet raffinering af trykprocessen, udforskning af nye trykteknikker samt optimering af materialet.

Vi er også nødt til at tage computerbaserede optimeringsmetoder i brug, for at øge kvaliteten og effektiviteten af formene yderligere. Dette er illustreret i billederne nedenfor.

En grønnere vej

Kombinationen af 3D-printteknologi og voksbaserede materialer åbner for en verden af muligheder inden for produktion af støbeforme.

Ved at omfavne denne innovative tilgang har vi evnen til at opnå en markant reduktion af omkostningerne.

3D-printede voksstøbeforme leverer også en revolutionerende løsning til byggebranchen, der effektivt reducerer spild og reducerer omkostningerne.

Ved at anvende 3D printede voksforme kan vi gøre betydelige fremskridt i retning af en grønnere og mere bæredygtig byggesektor.

At skabe en grønnere og mere bæredygtig byggebranche kræver samarbejde mellem forskere, branchefolk og politikere.

Ved at arbejde sammen kan vi fremme indførelsen af de 3D printede voksforme. Sammen kan vi forme en fremtid, der er både miljøbevidst og økonomisk levedygtig.

Denne artikel er et resultat af et samarbejde mellem Videnskab.dk og forskningsnetværket 'Circular Built Environment Network', som er kurateret af BLOXHUB.