Fabrikaat onderzoekt met TERRA_TORY ( 2018 – heden ) de eigenschappen en nieuwe mogelijkheden van de Nijmeegse rivierklei. In 2020 hebben we de verbinding gelegd tussen archeologische vondsten uit Nijmegen-Noord en hedendaagse vormgeving, gebruikmakend van lokale rivierklei en de 3d printtechniek. Vertrekkend vanuit de kenmerkende typografie van deze lokale vondsten uit de 6e-eeuw hebben we de grenzen van de klei in combinatie met de 3d printtechniek opgezocht. Dit heeft geresulteerd in nieuwe inzichten over de bruikbaarheid van deze techniek voor hedendaagse vormgeving en een nieuw gebruik van lokale klei.

Door de verbinding te leggen tussen archeologische opgravingen uit het recent blootgelegde Merovingische grafveld in Nijmegen-Noord en hedendaagse vormgeving, gebruikmakend van lokale rivierklei, zouden we tevens een nieuw licht kunnen schijnen op de veronderstelde vroegere cultuur in Nijmegen.

Nieuwe inzichten in de mogelijke herkomst van de gebruikte klei, productiemethoden en de functie van het aardewerk zouden in groter verband kunnen bijdragen aan de kennis over de Noord-Europese cultuur in de 6e-eeuw. Omdat er tot nu toe geen archeologische resten gerelateerd aan de productie van dit aardewerk gevonden zijn, zoals bijvoorbeeld pottenbakkersovens, moet hiervoor de samenstelling van het aardewerk zelf worden bestudeerd. Hiertoe zouden – in samenwerking met archeologen van de Archeologische dienst Nijmegen, de Universiteit van Leiden en de Universiteit van Luik – stalen uit het klei-archief van Fabrikaat, dwarsdoorsneden van de bodem in Nijmegen-Noord en het lokaal opgegraven aardewerk onderzocht worden op minerale samenstelling. De chemische samenstelling van de klei en de aanwezigheid van bepaalde mineralen in het aardewerk kunnen namelijk iets zeggen over waar aardewerk vandaan komt. Met de kennis van betrokken archeologen, keramist Etsuji Noguchi en Fabrikaat zou een selectie van de aardewerkvondsten tevens worden geanalyseerd op mogelijk gebruikte technieken en klei. Op proefondervindelijke wijze zouden wij in samenwerking met Etsuji Noguchi, en gebruikmakend van lokale kleisoorten uit het klei-archief van Fabrikaat, hier opnieuw mee experimenteren. Om zo dicht mogelijk te blijven bij de veronderstelde technieken die in de 6e-eeuw werden gehanteerd zou er, naast in elektrische oven, tevens worden gestookt in een houtoven. Deze twee onderdelen van het onderzoek hebben dit jaar, vanwege de COVID pandemie, grotendeels stilgelegen. Deze zullen zodra het weer mogelijk is worden voortgezet. Wel is hiermee een begin gemaakt op de Universiteit Leiden, zie hieronder.


Experiment : 3d printen met Nijmeegse rivierklei
Rivierklei wordt al sinds de uitvinding van vuur gebruikt voor de vervaardiging van aardewerk en bouwelementen. Onze eerste onderkomens waren opgebouwd uit aarde, kookgerei en opslagcontainers – waarin vloeistoffen werden bewaard en vervoerd – werden er duizenden jaren lang van vervaardigd, en klei wordt ook al sinds mensenheugenis gebruikt voor de creatie van puur decoratieve objecten. De mogelijkheden voor het ‘maken’ met klei waren tot op heden beperkt; eeuwenlang is er gebruik gemaakt van gangbare technieken, zoals draaien, handvormen, persen en gieten. Innovatieve technologie – het 3d printen met klei – maakt het nu mogelijk om klei op nieuwe manieren toe te passen. Via de digitale route kan alle denkbare input verwerkt worden tot een basis voor ontwerp. Het modelleren door middel van de 3d printtechniek – waarvoor onder meer 3d scans en (digitale) 3d modellen directe input kunnen zijn –  vergroot de ontwerpmogelijkheden met deze grondstof enorm. Archeologische opgravingen uit Nijmegen-Noord – specifiek het recent blootgelegde Merovingische grafveld (6e-eeuw) in Lent – dienen als vertrekpunt voor ontwerpend onderzoek, waarover hieronder meer.

In 2020 heeft Huub Looze van Biobased Makerslab Omlab (Arnhem) in opdracht van Fabrikaat de mogelijkheden van het 3d printen met rivierklei onderzocht. Het printen met (rivier)klei zonder toevoegingen is vrij uitzonderlijk, terwijl het printen met ‘pure’, lokale klei een enorme meerwaarde kan betekenen voor het bouwen aan een duurzame, nieuwe leefomgeving.

Printpasta van ‘rauwe’ klei
Huub is begin dit jaar gestart met de eerste stap in dit experiment: de rivierklei (klei nr. 18, Bemmelse Waard) te bewerken tot een geschikte printpasta. Fabrikaat levert de klei bij Omlab aan als een plastische massa, vergelijkbaar met de kneedbare klei zoals iedereen deze kent. Een bewerkelijk en fysiek proces; grote brokken klei worden fijngestampt tot poeder en opgelost in water. Dan volgt een proces van mixen, zeven, drogen en kneden om tot een consistentie te komen die geschikt is voor verdere verwerking. Bijvoorbeeld om mee te draaien, om gietklei van te maken of om tot een pasta te verwerken voor de 3d printer.

Bij Omlab wordt de klei net zolang gewalkt, gekneed en gemixt totdat het de juiste dikte heeft met zo min mogelijk luchtbubbels. In het begin leidde dat tot ontploffingen en de nodige verbeteringen aan de printer.

Huub Looze - “De kleimassa moet overal een gelijke samenstelling en spuitbaarheid hebben. Mengen doe ik nu nog met de hand, in een afwasteiltje, totdat de klei ongeveer de juiste homogene consistentie heeft. Goed kneden, water erbij en proberen of het echt goed printbaar is. Ik heb me helemaal ongans gezocht naar een recept. Maar verse Nijmeegse rivierklei is geen fabrieksproduct met altijd en eeuwig dezelfde samenstelling. Dus kwestie van uitproberen en ervaring opdoen. Maar ik blijf zoeken. Het lijkt hilarisch simpel, toch: het verschil tussen te nat en te droog is klein maar oh zo belangrijk!”

De klei vroeg om een intensief testproces en aanpassing van de printer van Omlab. Klei nummer 18 is een kleverige klei, zeer geschikt voor de laag op laag hechting. Voor de opbouw van de print is de klei minder stabiel dan andere materialen: iets te veel water maakt een minder stabiele print, iets te weinig water kan voor een korrelige huid zorgen, of mindere laag op laag hechting. Voor ‘bridging’, het overbruggen van een lege ruimte, is deze klei ook minder geschikt. Klei hard uit door droging aan de lucht en dit is niet goed te versnellen (er zijn redelijke resultaten door de kleipasta te mengen met snel verdampende alcohol in plaats van met water). Kunststof daarentegen wordt bijvoorbeeld heet geprint en wordt snel stevig door afkoeling. We weten dat de kleipasta stabieler wordt door een elektrolyt toe te voegen. Maar omdat ons uitgangspunt was de klei te gebruiken zoals die uit de grond komt en zoals men die vroeger ook gebruikte, hebben we ervoor gekozen niet te experimenteren met toevoegingen.

Detailniveau
Het detailniveau is afhankelijk van de nozzle grootte en de laagdikte. 4mm is nu de minimale nozzle grootte voor het printen met deze klei, en de laagdikte is ongeveer minimaal 1/4 tot 1/3 van de nozzle grootte. Deze instellingen wordt nu nog bepaald door de pasteusiteit en homogeniteit van de kleiprintpasta. Zo moeten de nog in de klei aanwezige klontjes kleiner zijn dan de nozzle. En geldt: hoe lager de pasteusiteit (hoe vloeibaarder), hoe makkelijker de klei door een kleine nozzle kan worden gespoten. Maar de pasteusiteit kan niet te laag, in verband met verlies aan lengte tijdens overbruggingen in het ontwerp en verlies aan stabiliteit: hoe vloeibaarder de klei, hoe minder kracht er gebruikt kan worden voor de laaghechting (het uitsmeren van de klei op de vorige laag), en hoe hoger de laagdikte.

Input
In principe kan voor het 3d printen alles input zijn voor een digitale vorm. De uitkomst van een directe vertaling – bijvoorbeeld bij gebruik van een 3d gescand object - in kleiprint kan echter zeer afwijken van de input. Klei, en specifiek onze lokale klei die nu nog niet fijner dan 4mm kan printen, geeft veel minder detail dan bijvoorbeeld kunststof printen. Dunne delen kunnen niet geprint worden en zwevende delen krijgen maar moeilijk ondersteuning in klei.

Na veel trial and error en een opgebouwd fingerspitzengefühl weet Huub/ weten we inmiddels wanneer de substantie geschikt is om mee te printen. En kunnen we concluderen dat de Nijmeegse rivierklei 3d-printbaar is.


Vormonderzoek : 6e-eeuws aardewerk als input voor de 3d printer
Archeologische opgravingen uit Nijmegen-Noord – specifiek het recent blootgelegde Merovingische grafveld (6e-eeuw) in Lent – dienen als vertrekpunt voor ontwerpend onderzoek met de 3d printtechniek. Met het aardewerk en de kenmerkende typologie van deze objecten uit de 6e-eeuw als uitgangspunt, zochten we de mogelijkheden en de beperkingen van het printen met de lokale klei op en werkten we toe naar een nieuwe vormentaal.

“3d printen is een nieuwe keramiektechniek geworden”.

De vervolgstap is het evenaren van de Merovingische vormgeving met deze nieuwe techniek, om op wijze tot nieuwe inzichten te komen voor hedendaagse vormgeving en gebruik van de rivierklei. Het opgegraven aardewerk en typochronologische tekeningen van deze objecten dienen als input voor een 3d vertaling.

In samenwerking met Fabrikaat is de typochronologie van aardewerk uit de 6e-eeuw geanalyseerd op bruikbare input voor de 3d printer.

Bolling – knik - kraag
In de opgravingen is een onderscheid te maken tussen handgevormd en handgedraaid aardewerk, dit laatste werd gedaan op primitieve pottenbakkerswielen (draaischijven). Een belangrijk vormaspect van op deze manier vervaardigde potten is de markante knik in de potwand. Soms iets boven het midden, soms er onder. Opmerkelijk is dat de wand onder de knik meestal een uitbolling heeft. Boven de knik heeft men vaak geprobeerd de wand zo recht mogelijk naar binnen te laten lopen. Bijna alle potten zijn voorzien van een kraag.

Digitale vertaling
Na de selectie van tekeningen kreeg het vormonderzoek een vervolg, ontwerper Huub Looze vertaalde een selectie van deze tekeningen naar digitale 3d modellen (VectorWorks). Inspelend op de beperkingen van de printer bracht hij kleine veranderingen op details aan, zoals de hoek waarmee de wand vanaf de bodem omhoog loopt. De opbouw van de wand kan door de losse laagopbouw van de printtechniek niet schuiner dan ongeveer 60 graden. In een met de hand gedraaide wand is de wand één solide kleisubstantie. De randen van de potten hebben verdikkingen, een nette, gladde afwerking en soms een elegante naar buiten buigende vorm. Deze details zijn, zoals hierboven toegelicht, in de 3d-printtechniek met de rivierklei niet goed na te maken. Ook het hoge krimppercentage van deze klei is van invloed.

“Het is één groot balansspel: de eigenschappen van de printpasta (zoals de pasteusiteit, korreligheid en hoeveelheid vocht), de printsnelheid, de temperatuur en het luchtvochtigheidsgehalte in de ruimte zijn allemaal van invloed.”

Vormonderzoek op tafel
De driedimensionale vertalingen die dit experiment opleverde zijn de bron geweest voor hedendaagse ontwerp dat een link legt tussen de lokale historie en nu. Het spel tussen de input, en de mogelijkheden en beperkingen van de 3d printtechniek, heeft geleid tot een serie afgeleide drinkbekers. De combinaties tussen de overgangen van de bolling, de knik en de kraag, de depositie van de knik, en de asymmetrie van de met de hand opgebouwde potten zijn vertaald en serie van vijf koppen, voor espresso, koffie, cappuccino, thee en verse muntthee. Het vormonderzoek staat daarmee letterlijk op tafel.


Wetenschappelijk onderzoek : nieuwe inzichten
Naast het proefondervindelijk experiment en vormonderzoek wordt archeologisch en natuurwetenschappelijk onderzoek gedaan, om de opgedane inzichten in een wetenschappelijk kader te plaatsen.

Sophie Vullings, research assistant Early Medieval Archaeology Universiteit Leiden:
“In Nederland, ten zuiden van de Rijn, bestaat het vaatwerk dat door archeologen gevonden wordt op vindplaatsen uit de Merovingische tijd (450-725 na Chr.) voornamelijk uit aardewerk dat gemaakt is met behulp van een pottenbakkerswiel; het zogenaamde ‘gedraaide’ aardewerk. Dit type aardewerk is vaak aanwezig in grote hoeveelheden binnen zowel nederzettingen als grafvelden en wordt door archeologen meestal geïnterpreteerd als importproduct uit gespecialiseerde pottenbakkersateliers, die zich in het Rijnland, de Eifel en de Maasvallei zouden bevinden. Dit in tegenstelling tot aardewerk dat zonder pottenbakkerswiel werd gemaakt, het ‘handgevormde’ aardewerk, wat in veel kleinere hoeveelheden voorkomt op vindplaatsen uit deze tijd en bijna niet ter sprake komt in het archeologische debat.

Als het überhaupt genoemd wordt, wordt dit type aardewerk vaak als inferieur gezien ten opzichte van het wielgedraaide aardewerk. Een Duitse archeoloog noemt het bijvoorbeeld ‘het meest onooglijke en slechtste aardewerk sinds het neolithicum (ca. 7000 tot 4000 jaar geleden)’ en een andere archeoloog uit Nederland schrijft erover dat ‘als dit een voorbeeld is van de keramische vaardigheden van de vroeg-middeleeuwse mens uit deze regio, we alleen maar blij kunnen zijn dat men het meeste aardewerk van elders haalde.’ Zeker deze laatste uitspraak is kenmerkend voor algemeen heersende beeld over dit vroegmiddeleeuwse handgevormde aardewerk; namelijk dat het lokaal gemaakt zou zijn in huishoudelijke kring en van een lage kwaliteit is. Binnen deze zogenaamde huishoudproductie zou het maken van aardewerk, bedoeld voor eigen gebruik, onderdeel uitmaken van alledaagse handelingen en per gemeenschap of microregio verschillen.

Maar waar zijn deze veronderstellingen op gebaseerd? Afgezien van wat typologisch onderzoek, is er tot nu toe maar weinig aandacht besteed aan het handgevormde aardewerk en weten we eigenlijk helemaal niets over waar en door wie dit aardewerk werd gemaakt. Voor het scriptieonderzoek van mijn Research Master probeer ik hierin meer inzicht te krijgen. Waar werd dit aardewerk gemaakt en hoe was de productie georganiseerd?

Omdat er tot nu toe geen archeologische resten gerelateerd aan de productie van handgevormd aardewerk gevonden zijn, zoals bijvoorbeeld pottenbakkersovens, bestudeer ik hiervoor de samenstelling van het aardewerk zelf. De chemische samenstelling van de klei en de aanwezigheid van bepaalde mineralen in het aardewerk kunnen namelijk iets zeggen over waar aardewerk vandaan komt.

Ik kijk hiervoor naar het aardewerk van het recentelijk opgegraven 6e-eeuwse grafveld van Lent-Lentseveld (Nijmegen-Noord), waar naast het gebruikelijke gedraaide aardewerk ook een opvallend hoge concentratie handgevormd aardewerk gevonden is. Omdat beide groepen aardewerk hier goed vertegenwoordigd zijn, biedt deze vindplaats een unieke kans om het handgevormde- en gedraaide aardewerk naast elkaar te bestuderen.

In samenwerking met de gemeente Nijmegen, Fabrikaat, de Rijksdienst voor Cultureel Erfgoed en the Institute of Archaeology van University College London onderzoek ik een selectie van het aardewerk van Lent-Lentseveld met natuurwetenschappelijke technieken en vergelijk ik dit met de door Fabrikaat vervaardigde kleimonsters uit de Waalsprong (Nijmegen-Noord), om zo te kijken of dit aardewerk inderdaad van lokale oorsprong is. Met behulp van XRF (oftewel X-ray fluorescence) analyse, een techniek waarbij met behulp van röntgenstraling de chemische samenstelling wordt gemeten, vergelijk ik de chemische elementen in het aardewerk met die van de lokale kleimonsters. Daarnaast worden de gesteentes en mineralen die in het aardewerk en de klei aanwezig zijn geanalyseerd met behulp van petrografisch onderzoek. Hiervoor worden hele dunne doorsnedes (30 μm) van het aardewerk bekeken onder een microscoop met speciale vorm van gepolariseerd licht.

Hoewel het uiteraard de bedoeling was om nu al de resultaten van dit onderzoek te kunnen presenteren, hebben door de maatregelen rondom Covid19, wat de langdurige sluiting van de laboratoria tot gevolg had, het prepareren van de monsters en de uitvoering van de analyses behoorlijke vertraging opgelopen, waardoor deze fase van het onderzoek helaas nog niet is afgerond. Ik hoop daarom in het voorjaar van 2021 met de definitieve resultaten en conclusies van het onderzoek te komen.”


Vervolg : 2021
In 2021 geeft Fabrikaat een vervolg aan de kennis en de resultaten van haar programma uit 2019 en 2020. Juist nu, in de start van de ontwikkelfase van de Dijkzone, zien wij een kans voor innovatief ontwerp als voorstel voor mogelijke nieuwe toepassingen in deze nieuw te bouwen woonomgeving. De opgedane inzichten over de mogelijkheden en beperkingen van het printen en recyclebare toepassingen met de lokale klei brengen we in het programma van 2021 een stap verder. Fabrikaat zet daarnaast haar onderzoek naar toepassingen van de rivierklei – in combinatie met andere grondstoffen – voort. Deze onderzoeken zullen resulteren in nieuwe ontwerpen voor dagelijks gebruik.