De War Badge
Actuele versie: http://fablabamersfoort.nl/nl/nieuws/3d-beton-printer

3D beton printer

By Jiri on ma 3 apr 2017 23:22:29

Het idee is geboren, Wij gaan een 3D beton printer maken

Dat was het makkelijke gedeelte, vele gespreken later hadden we een beetje op het rijtje hoe we het zouden doen. Het zou een portaal printer worden. “Normaal” beton was hiervoor niet te gebruiken , dus we moeten ook nieuwe betonsoort “uitvinden”. De beton  moest ook naar de printkop worden verpompt, dus welke betonpomp is hier het meest geschikt voor ? Ohh, ja, er moet ook nog een printkop gemaakt worden, welke vorm ? rond, vierkant, ovaal…… ? het werd steeds complexer.

Er zijn al een paar experimenten gaande in de wereld met beton printen, dus even kijken hoe de andere het aan het doen zijn. Al gaandeweg werd het duidelijker wat we niet wilde en hebben we onze ontwerp aangescherpt. Omdat we zelf geen ervaring hebben met de bouw, was het wel handig om een partner te zoeken in de bouwwereld. Via Stadslab033 kwamen we in gesprek met Heilijgers , een bouwbedrijf uit Amersfoort. Om een nieuwe soort beton te maken is het wel handig om met een betoncentrale samen te werken. Van der Kamp vond het een interessant idee en beloofde mee te werken. De contouren van ons project begonnen zichtbaar te worden  Toen  Voelstapin ook erbij kwam en we beschikking over een ABB industriële robot konden krijgen zijn we van het idee om een portaal printer te maken afgestapt en besloten dat we een robot gaan ombouwen tot een 3D printer. Het is een ABB 6400 robot geworden, een flinke, weeg 2,500 kg, die kunnen we dus niet in Fablab plaatsen. De robot staat nu bij MBO Bouwmensen, een hele goede plaats daar we ook meteen de educatieve gedeelte kunnen realiseren. Robotisering van de bouw zal aan ene kant banen opleveren en aan andere kant ook wel kosten. Dit proberen we middels educatief programma een beetje op te vangen en de leerlingen op de MBO alvast ervaring laten op doen met beton printen. Het team was nu compleet en omdat we allemaal uit Amersfoort komen heet ons project 3D beton printer ‘Made in Amersfoort’. Om het project ook financieel haalbaar te maken hebben we subsidie aangevraagd bij gemeente Amersfoort bij de Duurzaamheidfonds.

 

Ik ben begonnen met maken van de  nieuwe betonsoort. Met de betontechnoloog bij van der Kamp samen een basisrecept gemaakt. En deze steeds verder aangepast.

Na een paar dagen was dit het resultaat

 

Het Beton dat goed zijn vorm hield, stevig was en stapelbaar was.

Dit is met de hand “geprint”

 

In augustus hebbe wij in d Fablab Amersfoort een hackaton georganiseerd. Tijdens deze hackton hebben verschillende groepen gewerkt aan hun projecten. Een van de projecten was bouw van een beton printer.

In de Fablab hebben wij een paar robots staan. Een daarvan hebben we omgebouwd naar beton printer.

Na 4 dagen was dit het resultaat

 

 

Helaas hadden we wat problemen met de sensor van de betonpomp waardoor we te veel water in de betonmix kregen. Maar de hackton liep ter einde en dus geen tijd om het te fixen.

 

 

In de tussen tijd was men druk bezig bij Voelstapine om een oude robot weer operationeel ta maken.

En na een paar weken flink doorpakken was de robot klaar om verscheept te worden.

Een robot van 2,500 kg moet je natuurlijk stevig in de vloer verankeren

 

 

En op 18 augustus komt de robot naar MBO Bouwmensen

 

En daar staat die dan

De robot staat ,nu moet er nog van veel gebeuren om deze operationeel te krijgen.

Een eerste vereiste is elektriciteit. Bij het MBO is een 16 ampère aansluiting aanwezig. De robot behoeft een 400V 32A aansluiting. En ook de betonpomp heeft een hoger ampèrage  nodig.

Een tweede vereiste is de wateraansluiting en de derde vereiste is een plek waar de machines schoongemaakt kunnen worden. Alle vereisten dienen aangelegd dan wel gerealiseerd te worden. Helaas heeft de elektraaansluiting meer gekost en langer geduurd dan we hadden gedacht en na drie maanden ongeduldig wachten konden we de beide apparaten aansluiten.

Intussen heeft Voelstapine extra eisen gesteld aan de veiligheid. In een omgeving waar leerlingen dagelijks hun opleiding volgen is dat ook een logische eis. Dus er moet een solide hek om de robot geplaatst te worden zodat er tijden het printen niemand in de buurt kan komen.

 

 

Van Voelstapine hebben we een bak vol met hekwerkdelen gekregen, kwestie van even uitmeten om het passend te krijgen.

 

Van steigerbuizen hebben we palen gemaakt om de panelen vast te maken.

 

Na veel zoeken heb ik een M-Tec Duomix betonpomp in Duitsland gevonden.Uiteraard was het de bedoeling om lowbudget te werken, hetgeen geen makkelijke klus was. Via internet en alle mogelijk kanalen heb ik contact gehad met tien mensen. Daarvan waren vier fraudeurs, die zogenaamd via E-bay verkopen met koper bescherming. Maar als je rekening krijgt dan blijk deze niet via E-bay te kopen maar met je geld storten op privé-rekening van de fraudeur. Met de andere vijf was het communiceren heel moeilijk. Uiteindelijk heb ik een bedrijf in het zuiden van Duitsland gevonden die een Duomix had staan. Na het nodige pingelwerk werd deze naar Nederland getransporteerd voor 2500 euro.

 

Bij het MBO is ook een schildersopleiding. Ik heb de machine ontdaan van de betonresten en zij hebben het van een mooie laag verf voorzien. Ziet er bijna nieuw uit.

 

Op de robot was nog de hele tool-changer installatie aanwezig. Omdat ik de zesde  as als aandrijving voor de roteerbare printkop wil gebruiken heb ik besloten om de slipring en de besturing ervan te verwijderen.

 

 

 

Rondom de betonpomp heb ik een waterkering gemaakt zodat er geen water bij de robot kon komen in geval van lekkage.

Met Jan van Laar (robot programmeur bij Voelstapine) hebben we de  robot in de avonduurtjes van een schone versie van OS voorzien.

De TCP van de printkop is door ons bepaald en vervolgens hebben we het eerste testprogrammaatje gemaakt.

 

Om de machines te kunnen schoonmaken heb ik twee lekbakken aangeschaft. Deze komen buiten te staan op de parkeerplaats achter het MBO. Omdat er auto’s staan geparkeerd moest ik een “spuit cabine” maken om de aanwezige auto’s niet van een laagje cementsluier te voorzien.

Gelukkig vinden de leerlingen van installatietechniek bij MBO het een leuk klusje en maken ze van buizen een frame voor mij.

Het cementwater laat ik bezinken en de schone bovenlaag kan weer afgepompt worden op het riool. Het beton zal dan uitgehard zijn en moet uit de lekbakken gebikt worden en in container worden gegooid.Dus het wordt een half uurtje printen en drie uur schoonmaken. Helaas is er geen ander alternatief voor handen.

 

Vervolgens kan er zand, cement en waterretentiemiddel bij van der Kamp worden opgehaald.

 

Dit gaan we in IBC containers opslaan en bij het MBO plaatsen

 

Alles is nu aanwezig om te kunnen beginnen met printen. De eerste proeven geven een ander resultaat dan verwacht. Het beton is te waterig of te droog. De watertoevoer blijkt moeilijk te regelen. In de zomer hadden we een fantastisch betonrecept ontwikkelden uitgeprobeerd, dus waren we in de veronderstelling dat we deze mix zonder problemen konden gebruiken. Het enige verschil is dat we toentertijd een M-TEC Duomix 2000 hadden en nu een M-TEC Duomix hebben, hetgeen voor een heel ander resultaat zorgde.

Ook is gebleken dat de pomp van de machine te snel draait. De Duomix heeft een vast toerental van 400 rpm en dit blijkt te veel te zijn. Daardoor kwam er te veel debiet.Het idee is om een frequentie schakelaar aan te sluiten en hierdoor de pompsnelheid te kunnen regelen.Na wat zoeken via Marktplaats werd een nieuwe Yaskawa frequentieschakelaar gekocht van 7,5Kw.

Omdat er veel testen uitgevoerd moeten worden hebben we de betonpomp verplaatst naar van der Kamp. Bij een betoncentrale zijn er betere mogelijkheden om het afval kwijt te raken en de machine schoon te maken. Het idee was om gedurende één week te testen, tenslotte hadden we in de zomer ook binnen deze termijn het gewenste resultaat bereikt. Helaas nam het testen drie weken in beslag. De Duomix schijnt toch net een ander menggedeelte te hebben waardoor we wisselende resultaten bereikten. Om dit te ondervangen hebben we nog een ander waterretentie middel toegevoegd. Dit is een soort gelatine. Bij de eerste proeven blijkt dat het beton veel te “vettig” wordt waardoor het zeer moeilijk is om de betonslang schoon te maken. Daarop is besloten om de hoeveelheid van het eerste waterretentiemiddel (cellulose) te verhogen en de hoeveelheid gelatine te verlagen. Uiteindelijk zijn we uitgekomen op 900 gram cellulose en 200 gram gelatine per 50 liter betonmix.

De eerste proeven bij van de Kamp.

Dit ziet er al beter uit

Na deze bemoedigende resultaten hebben we besloten om de betonpomp weer terug te brengen naar het MBO om daar verder te testen.

Er is een dwangmenger aangeschaft, helaas blijkt de motor bij aankomst kapot te zijn. Een andere motor wordt opgehaald en ingebouwd.

Dus we kunnen nu weer verder met testen. Wederom ontstaan problemen met de waterdosering. Het is nog steeds moeilijk om de exacte dosering te bepalen en vast te houden.

In het begin van het pompen moet eerst extra water toegevoegd worden om de eerste aanloop door de slang heen te krijgen. Daarna moet de gewone watertoevoer het overnemen en elke keer dat de materiaaltoevoer aanslaat zou er eenzelfde hoeveelheid water bijgevoegd worden. En hierin zit de crux, dat is schijnbaar niet het geval. Hierdoor krijg je tijdens het printen de ene keer te natte mix en vervolgens weer te droge waardoor de toevoer van het materiaal door de slang heen stopt met uiteraard een verstopping als gevolg.

Dan moet ik extra water in de tweede mengkamer toevoegen en hopen dat het materiaal weer goed door de slang heen komt. Als dat niet het geval is dan zit er niets anders op dan de slang, de materiaal manometer, het koppelstuk en de tweede mengkamer schoon te maken en daarna weer in elkaar zetten.