Additiv produksjon

Hva holder tilbake 3D‑printet bygging?

mm
Publisert
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google

Nylig,  ideen oppsto om å bruke 3D‑print‑prinsipper til å bygge hus, på en lignende måte som mekaniske deler 3D‑printes med plast eller metall. I stedet for arbeidsintensive metoder som murarbeid, kan en automatisert 3D‑print‑maskin raskt montere betongvegger.

Dette har ofte blitt presentert som fremtiden for boliger og bygging. Men i praksis er 3D‑printede bygninger fortsatt noe av en kuriositet og langt fra å bli en fremvoksende standardpraksis i byggesektoren.

En ny studie av forskere ved British College of Applied Studies (Sri Lanka), Indian Institute of Science, University of Southern Queensland (Australia) og Northumbria University (UK) identifiserte det gjenværende hinderet for bredere adopsjon av denne teknologien.

De fant at avanserte betonger spesielt utviklet for 3D‑printing er viktige, og at regulatorisk fragmentering er den største hindringen for storskala kommersiell utrulling.

De publiserte funnene sine i Next Materials1, under tittelen “3D‑printing i bygging: En omfattende gjennomgang av materialer, metoder, anvendelser og SAFE‑ytelseskriterier”

3D‑konstruksjon: Fra prototype til kommersiell skala

Hittil har de fleste gjennomganger av bruken av additiv produksjon («3D‑printing») i bygging fokusert på materialer eller mekaniske egenskaper. Men dette overser de bredere beboelighets‑ og sikkerhetskarakteristikkene som styrer regulatorisk godkjenning og brukeraksept.

Derfor er en bedre vurdering å bruke SAFE‑ytelseskriterier‑rammeverket:

  • (S) Strukturelle ytelsesindikatorer.
  • (A) Akustikk.
  • (F) Brannmotstand.
  • (E) Energieffektivitet.

“Dette flertrusselsperspektivet er i tråd med retningen til nye ISO‑, EN‑ og ASTM‑standarder for nyskapende byggeteknologier”

For å gjøre dette samlet forskerne vitenskapelig litteratur som dekker 3D‑print‑teknologi i bygging, og kryssrefererte den i sekundærsøk med hver SAFE‑ytelseskvalifikator.

Dette er et raskt voksende forskningsfelt, med hvert år flere studier publisert innen dette området.

I tillegg til akademisk forskning, øker antallet 3D‑printede prosjekter i byggeskala, selv om de fortsatt er i små pilot‑testantall. De ledende landene er USA og Kina (30+ prosjekter), med europeiske land (Frankrike, Tyskland, Nederland), UAE, Japan og Australia som de neste.

De mange betong‑3D‑print‑teknologiene

Selv om det ofte omtales som et ensartet sett av teknologi, er 3D‑printing for bygging faktisk en mangfoldig samling av teknologier, hver med ulike ekstruderingsmetoder og materialer.

De mest vanlige er ekstruderingsbaserte systemer, som dominerer additiv produksjon i byggeskala. Et pumpbart sementblanding ekstruderes gjennom en dyse festet enten på en fast ramme («Cartesian gantry») eller på en fleraksig robotarm. Contour crafting tilfører overflatefinish via en sparkelvinge montert ved siden av dysen.

En annen metode er pulverbedsbaserte systemer, likt pulverbedsystemer for metall‑3D‑printing. Dette gjør bygging mulig uten dedikerte støttestrukturer, der løst pulver gir nødvendig støtte.

Deretter kommer injeksjonsbetong‑3D‑printing, der et flytende sementmateriale injiseres i et skreddersydd støttemedium (et flytende eller gelé‑lignende materiale), i stedet for å bli deponert lag‑for‑lag i luft. Dette gjør det mulig å bruke svært flytende blandinger med forbedret pumpbarhet og redusert ekstruderings‑trykkskrav.

Til slutt finnes det hybride 3D‑konstruksjonsmetoder, for eksempel ved bruk av ekstra armerings‑innsettingsroboter eller fler‑materiale‑printing.

Hver av disse teknologiene er lovende, men kun noen få er virkelig klare for storskala utrulling. Generelt er sementbaserte systemer mye mer klare, da de kan bygge på den eksisterende forsyningskjeden og erfaringen i byggebransjen.

I sammenligning er andre materialer som geopolymerer, leirkombinasjoner, eller hampe‑kalk‑kompositter lovende med tanke på grønn profil eller rask tørking, men de er fortsatt kun i eksperimentelle faser. Disse materialene kan også være langt fra ideelle i SAFE‑rammeverket, som da krever ekstra behandlinger.

«En viktig begrensning når det gjelder brannytelse er brennbarheten og den høye varmeslukningsraten til de fleste termoplaster, noe som krever flammehemmende belegg eller iboende brannresistente polymerer som PEEK»

SAFE‑vurdering av 3D‑konstruksjoner

Strukturelle ytelsesegenskaper

Den strukturelle ytelsen til 3D‑bygde strukturer viser at, i motsetning til tradisjonelle metoder, svært ulike resultater forekommer avhengig av hvilken type strukturell belastning som påføres.

«I motsetning til støpt betong viser 3D‑printet betong (3DPC) iboende anisotropi som følge av lagvis påføring, noe som manifesterer seg som retningsavhengige mekaniske egenskaper og svake grensesnitt mellom lagene»

Dette medfører en hard grense for både hastighet og maksimal høyde på byggingen. Av den grunn ser det ut til at kombinert forsterkning med stålstenger og nanomaterialer er den mest effektive tilnærmingen for å oppnå kode‑overensstemmende duktilitet og strekkstyrke i trykte elementer.

Et annet kriterium for strukturell ytelse er holdbarhet, hvor betongbygninger forventes å vare i flere tiår uten vesentlig svekkelse. 3D‑printing medfører en langt større risiko for innføring av luftlommer og porøsitet enn tradisjonell betongkonstruksjon.

«Grensesnitt mellom lagene har en tendens til å inneholde høyere hulromsinnhold og økt gasspermeabilitet sammenlignet med massen, noe som gir bekymringer knyttet til karbonatiseringsindusert korrosjon, kloridinntrengning og frost‑tøffhet»

Flere metoder kan benyttes for å løse dette problemet:

  • Tett blandingsdesign som reduserer porøsitet.
  • Overflateforseglere under aggressive eksponeringsforhold.
  • Supplerende sementholdige materialer (for eksempel silikafume eller metakaolin) for å redusere poreforbindelser.

Akustisk ytelse

Et viktig kriterium for fremtidige brukere av bygget er lydisolering, som er regulert i standarder som EN ISO 16283. Men færre enn 20 dedikerte publikasjoner ble identifisert i den systematiske litteratursøkingen som adresserer dette spørsmålet, noe som illustrerer en relativ avstand mellom utviklingen av 3D‑konstruksjonsmetoder og faktiske byggeforskrifter.

Det ser ut til at hamp‑lime‑betong eller tynnere vanlig Portland‑sement (OPC) mørteler presterer betydelig dårligere enn tradisjonelle metoder.

Noen av de foreslåtte løsningene inkluderer bio‑baserte akustiske paneler som trykte fyllingslag, periodiske resonanshuler inspirert av akustiske metamaterialer, eller tetrakaidekaeder‑celle‑ og labyrint‑kanal‑geometrier, men alle kan øke kompleksiteten i trykkeprosessen.

Brannmotstand

Dette kriteriet kan bli et dødsstøt for polymerbasert 3D‑printing. Ikke bare er de iboende mer brannfarlige, men røyktoksisiteten er også dårlig forstått.

«Umodifisert 3D‑printet PLA viser rask antenning og vedvarende varmeslukning under strålende varmestrøm, langt over de tillatte tersklene for strukturelle anvendelser uten flammehemmende formulering, intumescent belegg eller keramisk‑fylte alternativer»

Imidlertid, med unntak av polymerbaserte 3D‑printede komponenter, presterer andre 3D‑printemetoder bemerkelsesverdig bra på brannmotstand, også sammenlignet med ultra‑høy‑ytelsesbetong (UHPC).

Det eneste reelle problemet kan oppstå med hulroms‑printede elementer, som kan øke sårbarheten for brann. Fylling av hulrom med lettvektig isolasjonsbetong, mineralull eller intumescent skum kan gjenopprette brannmotstanden til en akseptabel klassifisering.

Energieffektivitet

Eksisterende litteratur viser at 3D‑printede bygninger overgår UHPC når det gjelder termisk isolasjon, og til og med langt overstiger verdiene som kreves for energieffektive vegg‑samlinger i henhold til EN 12524 for enkelte materialer som hamp‑lime‑blanding, som også oppfyller de typiske nasjonale byggeforskrifters termiske krav.

Med en materialbrukreduksjon på 35–60 % for 3D‑printede strukturelle elementer sammenlignet med tradisjonell støpt‑på‑sted‑konstruksjon, er metoden også mer material‑ og energieffektiv under byggingen.

Imidlertid introduserer trykkeprosessen ekstra energikrav fra kompressorsystemer, robotdrift og oppvarmingsutstyr, noe som reduserer netto livssyklusfordeler med 10–25 % avhengig av energimiks og trykkhastighet.

I tillegg reduserer optimalisert 3D‑betongprinting med resirkulert tilslag livssyklus‑karbonutslippene med opptil 53,1 % sammenlignet med konvensjonell forskalingskonstruksjon.

Fremtiden for 3D‑konstruksjon

Foreløpig er boliger, spesielt eneboliger, den beste matchen for den nåværende teknologimoden for 3D‑konstruksjon med betong eller beslektede materialer. Relativt nært følger også infrastrukturarbeider og katastrofehjelpsprosjekter.

Den største hindringen for å implementere 3D‑utskrift i stor skala innen bygg er mangel på harmoniserte standarder, forskrifter og regulatoriske rammeverk. Ettersom teknikken finnes i et bredt spekter av del‑teknologier og materialer, er det vanskelig å på forhånd vurdere fremtidig ytelse når det gjelder komfort, sikkerhet og strukturell integritet.

Derfor mener forfatterne av studien at et koordinert, flerpartsspesifikt standardprogram som retter seg mot alle fire SAFE‑områdene, er akutt nødvendig.

Dette behovet er spesielt presserende når det gjelder akustisk ytelse, da temaet knapt har blitt undersøkt.

I tillegg til bedre fastsettelse av byggstandarder bør industrien også satse i noen andre retninger:

  • Multimaterialutskrift, som tilbyr den mest lovende veien til samtidig å oppfylle alle fire SAFE‑kriterier innen en enkelt veggmontering. Men prosesskontrollen for multimaterialekstrudering er fortsatt umoden og vil kreve ytterligere FoU.
  • Integrering av sirkulær økonomi på blandingsdesignnivå, som utvikler seg raskt, for å bruke 100 % industrielt biprodukt som erstatning.
  • Forutsigelse av energieffektivitet på bygningens designfase, som kan utgjøre et solid kommersielt argument.

Investering i 3D‑printet bygg

CEMEX

CEMEX er et meksikansk multinasjonalt byggematerialselskap med sterk tilstedeværelse over hele Amerika. Grunnlagt i 1906 har det vokst til å bli et av de største byggematerialselskapene i verden, og produserer og distribuerer sement, ferdigblandet betong, tilslag og urbaniseringsløsninger, og har blant annet vært involvert i byggingen av Torres Rise, den høyeste skyskraperen i Latin-Amerika på 484 meter (1 588 fot).

Kilde: CEMEX

CEMEXs kjernevirksomhet er produksjon av sement og ferdigblandet betong, med USA og Mexico som hovedmarkeder. EMEA‑regionen (Europa, Midtøsten, Afrika) er også viktig, mens resten av Latin-Amerika og Karibien er mindre sentrale.

Kilde: CEMEX

Basert på sin styrke innen tradisjonell sement, forbereder CEMEX seg også på potensialet i 3D‑printet bygg. Det har blant annet investert i produsenten av byggprintere COBOD, en pioner innen 3D‑printede bygninger.

«Ved å samarbeide med COBOD har CEMEX utviklet en kundeopplevelse innen 3D‑printet bygg som er overlegen alt som tidligere er levert. Våre innovasjonsinnsats plasserer oss i fronten av nye teknologier som bidrar til å bygge en bedre fremtid.»

Gonzalo Galindo, leder for CEMEX Ventures

COBOD og CEMEX utviklet også i fellesskap D.fab, en proprietær familie av tilsetningsstoffer, som gjør det mulig for betongen å få form umiddelbart.

Dette gjør CEMEX til et alternativ for investorer som ønsker børsnotert eksponering gjennom en støttet børs og styrken til et flermilliard-dollar-selskap i stedet for en mer risikabel 3D‑print‑oppstart. På lengre sikt er det også mulig at 3D‑printet byggteknologi blir en vare, men at proprietære spesialblandinger, godkjent av reguleringer, vil bli den verdifulle delen av forsyningskjeden.

Selvfølgelig betyr dette også at avkastningen på selskapets aksje vil være tett knyttet til drifts­effektiviteten i hovedvirksomheten, noe investorer vil ønske å forstå grundig.

CX Prisdiagram

Siste nyheter og utviklinger om CEMEX (CX)‑aksjen

Referert studie

1. Kajeenthan Kamalaseelan. 3D‑utskrift i bygg: En omfattende gjennomgang av materialer, metoder, anvendelser og SAFE‑ytelseskriterier. Next Materials. oktober 2026. Artikkel: 103494. Volum 13. 10.1016/j.nxmate.2026.103494

mm

Jonathan er en tidligere biokjemisk forsker som har arbeidet med genetisk analyse og kliniske studier. Han er nå aksjeanalytiker og finansskribent med fokus på innovasjon, markedssykluser og geopolitikk i sin publikasjon 'The Eurasian Century'.⁣⁣⁣​⁣