Stavebnictví je obor, ve kterém se za poslední desetiletí neodehrálo příliš mnoho revolučních změn. Povaha stavebních materiálů a některé postupy se sice mění, ale stále se jedná o práci převážně manuální podstaty, která je velice náročná a také zdlouhavá.

Pokrok ovšem začíná klepat i na dveře od malty a o slovo se hlásí technologie 3D tisku, která by mohla do oboru stavebnictví přinést absolutní revoluci. Její součástí chce být také Technická univerzita v Liberci, která vyvíjí speciální robotické rameno schopné vytisknout i vícepatrový dům.

Postavit rodinný domek v řádu několika týdnů je heroický výkon, který vyžaduje maximální nasazení velkého počtu lidí a perfektní organizaci celého procesu. Většině lidí se stavby domu protáhnou na několik měsíců, někdy i let. U domků stavěných pomocí technologie 3D tisku však tyto časové osnovy neplatí.

Domky, jejichž zdivo je tvořeno nanášením jednotlivých vrstev speciálního materiálu z pohyblivé trysky, lze tvořit daleko rychleji. Dnes domy z 3D tisku můžeme najít všude po světě, prozatím se ovšem stále jedná o velice mladý obor a většina projektu má víceméně experimentální povahu.

Levněji a šetrněji

Jeden takový domek bude již brzy možné obdivovat i na pražské náplavce. Prvok Michala Trpáka bude prvním domem vzniklým pomocí 3D tisku u nás a další by mohly rychle přibývat i díky technologii z Liberce. Hned čtyři fakulty tamní Technické univerzity (TUL) totiž spojily své síly na projektu nazvaném 3D Star.

Jedná se o robotické zařízení, které je schopno metodou postupného tisku vytvářet rozsáhlé vícepodlažní budovy, a to přímo na staveništi. K tisku jednotlivých částí přístroj nepotřebuje bednění a navíc dokáže tisknout svislé i vodorovné konstrukce. Díky tomu se jedná o celosvětový unikát, jelikož jinde na světě užívaní roboti prozatím tisk stropů a střešních konstrukcí nezvládají.

Celé zařízení by ve své finální podobě mělo umožnit výšku tisku až do 3,2 metru a délku 5,6 metru. Na místo stavby bude tato obří robotická tiskárna dopravována bez nutnosti velkých nákladních automobilů. Ty navíc nebudou muset na místo dopravovat ani již zmíněné bednění či velké prefabrikáty. Díky tomu je takovéto řešení mnohem levnější a přívětivější vůči životnímu prostředí než postupy dnes běžně uplatňované.

„Výroba cementu představuje velkou zátěž pro životní prostředí, a navíc nám docházejí potřebné suroviny, jako jsou kamenivo a štěrky. My chceme stavět lehké tenkostěnné betonové a nekonvenčně vyztužené konstrukce, které spotřebu materiálu značně sníží,“ přibližuje cíl projektu Jiří Suchomel z Fakulty umění a architektury TUL.

Navíc podle něj taková technologie vnese do architektury nezvyklou rozmanitost: „Tato technologie totiž umožňuje tisk komplikovaných tvarů a dokáže vyhovět i náročným a neobvyklým požadavkům.“

Jednotlivé díly, kompatibilní jako kostky LEGO, je zařízení schopné tisknout na místě konečného umístění. To se týká především svislých stěn objektu. Vodorovné části budou tisknuty na zemi a následně přenášeny na místo určení.

V libereckých laboratořích již proběhlo úspěšné testování zařízení TestBed, které je prototypem finální konstrukce v měřítku 1:4. TestBed umožnil ověřit, že konstrukce dokáže vyjít vstříc i těm nejnáročnějšími architektům.

„Architekti požadují, aby bylo možné tisknout stěny s prakticky libovolnou půdorysnou křivostí, která se může velmi rychle měnit. Včetně přerušování tisku a vzniku ostrých zlomů,“ vysvětluje Václav Záda, jeden z hlavních autorů tiskového robota, který by měl ve finále dosáhnout tiskové přesnosti dvou až tří milimetrů.

„Výhodou této konstrukce je, že když je potřeba na krátkou chvíli zastavit koncový efektor, například v bodě zlomu, mohou se ostatní články robota po tu krátkou dobu stále pohybovat. Tím se neztrácí kinetická energie ramene, která bude u velkého zařízení nezanedbatelná. Ostatní stroje toto neumí,“ dodává Záda.

Ve spolupráci s ČVUT a Akademií věd

Vědci z TUL mají na svědomí vývoj hardwaru i softwaru nového zařízení a principy jeho navigace. Do projektu ale nejsou zapojeni sami, spolupracuje s nimi i ČVUT a také Akademie věd České republiky. Další testování TestBedu by tak mělo probíhat v Kloknerově ústavu ČVUT v Praze.

„Kolegové se tam budou zabývat mimo jiné vývojem cementové směsi a vhodných konstrukcí pro tisk. Materiál je alfou a omegou tohoto tisku. Musí totiž tuhnout dostatečně rychle, aby se vrstvy nebortily, ale zároveň, aby se spojovaly,“ říká za vědecký tým mechatroniky Leoš Beran a dodává, že v Kloknerově ústavu podrobí zkouškám celý TestBed, včetně trysky, dále průběh tisku a otestují i mechanické vlastnosti částí vytištěných z různých typů směsí.

Spolu se správnou směsí je momentálně pracováno také na co možná nejlepší konstrukci tiskové hlavy, která směs vytlačuje. „K úpravám na konstrukci tiskové hlavy dochází, jak se postupně seznamujeme s problematikou tiskových směsí – jejich tekutostí nebo rychlostí tuhnutí,“ říká Petr Zelený, vedoucí katedry výrobních systémů a automatizace strojní fakulty na TUL.

Aby bylo možné i u nás naplno rozběhnout nový trend stavění domů pomocí 3D tisku, bude potřeba vyřešit ještě jednu velice důležitou věc, kterou je legislativa. Právě kvůli ní bude Prvok plout na vodě, jelikož stále neexistují stavební předpisy, které by počítaly s tištěnými konstrukcemi.

Celý projekt 3D Star je financován prostřednictvím Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání a Evropskou unií. Celkem se na projekt podařilo získat více než 134 milionů korun. Aby bylo možné poznatky zavést na trh a začít pomocí 3D Staru tisknout skutečné domy, bude zapotřebí nového projektu a ekonomicky silných investorů.