Ze Spojených států, ale i dalších koutů světa v posledních letech stále častěji přicházejí zprávy o budovách vytvořených pomocí technologie 3D tisku. Tato technologie však není výsadou pouze zahraničí. I v Česku se objevuje několik projektů snažících se o její implementaci do stavebnictví. Tyto iniciativy pocházejí od několika tuzemských firem či univerzit a díky nim by v budoucnu mohlo být i v českém stavebnictví o něco méně mozolů. Je ovšem potřeba překonat několik překážek, mezi kterými je i problematická legislativa.

Historicky prvním vytištěným domem v Česku se stal organický Prvok studia Scoolpt a bratrů Trpákových. Mezi další patří například zkušební konstrukce domu, kterou v listopadu minulého roku vytiskla stavební společnost Podzimek a synové ve spolupráci s experty z ČVUT.

Důvody, proč se soukromá stavební firma rozhodla inovovat tuzemské stavebnictví, jsou podle jejího zakladatele Martina Podzimka dva. Tím prvním je odliv pracovní síly, která podle něj dává před řemeslem přednost „čistší“ a lépe placené práci ve strojírenských firmách. Za druhý důvod označuje zpomalený technologický vývoj, kvůli kterému je stavebnictví o mnoho let pozadu.

K tomu Podzimek dodává, že o prosazení automatizace a robotizace ve stavebnictví byl přesvědčen již před pěti lety a chtěl být u toho, až tento moment nastane. Fascinoval jej prudký rozmach 3D tisku, se kterým byl v kontaktu i prostřednictvím svého syna. „Ten se jím zabýval v rámci své diplomové práce na stavební fakultě. To, že se tato technologie etabluje v myšlení mladých techniků, spolu s faktem, že v portfoliu svých firem mám i strojírny, asi rozhodlo o tom, že do toho půjdeme,“ říká Podzimek.

Právě spojení strojírenských a stavebních kapacit firem Martina Podzimka označuje Marek Štádler z Fakulty strojní ČVUT, který se na projektu podílel, za klíčové pro celý projekt. „Pod jednou hlavou se tiskárna vyráběla a zároveň to samé konsorcium zajišťovalo stavařskou stránku věci, což vše výrazně usnadňovalo a urychlovalo,“ vysvětluje.

Dům na počkání

Vytištěný zkušební objekt byl inovativní i pro samotný obor 3D tisku. K jeho výstavbě totiž nebylo využito klasické konvenční robotické rameno, jako tomu bylo například u zmiňovaného Prvoku a mnoha dalších projektů, ale rámová tiskárna s pohyblivou platformou, po které se pohybuje samotná tisková hlava. Ta pracuje na systému portálové konstrukce, kterou využívají i známé, ovšem daleko menší tiskárny od české společnosti Prusa Research.

Celá tato tiskárna je unikátní svou konstrukcí, díky které ji lze využít přímo venku na staveništi. Tím se zásadně liší od ostatních v Česku vyvíjených řešení, která primárně fungují v podstatně stabilnějším vnitřním prostředí velkých výrobních hal. Zároveň je díky svým rozměrům schopna tisknout objekty jako celek, nikoliv jen jako následně spojované části.

Půdorys objektu o ploše až 122 metrů čtverečních je tiskárna schopna vytisknout v řádu jednotek dnů v závislosti na složitosti vnitřní dispozice. A to včetně přesného nastavení celé konstrukce tiskárny. Samotný tisk vyžaduje přítomnost pouze dvou osob, což je podstatně méně než u stavby obvodových stěn a vnitřních příček domu z konvenčních materiálů. „Celé programování tiskárny navíc probíhá pomocí G kódu, takže kdo někdy kódoval CNC frézku, je schopen programovat i toto,“ vysvětluje Štádler.

Nicméně tím nejzajímavějším a nejzásadnějším na celém projektu je způsob práce s tiskovou hmotou, která je také dílem expertů z ČVUT. U ní totiž dovedou inženýři ovlivnit dobu nástupu tuhnutí, což umožnilo zefektivnit a zrychlit proces tisku při zachování zpracovatelnosti směsi, zejména pak u malých objektů. V případě poruchy nebo technologické přestávky tak není nutné přerušovat na delší dobu tisk a čistit všechna potrubí a hadice, kterými je směs k trysce přiváděna.

Právě směs bude i do budoucna klíčovým faktorem ve vývoji technologie stavby pomocí 3D tisku. Její cena totiž výrazně ovlivní cenu celé stavby. A jak připomíná Štádler, čím více subjektů se do výroby a prodeje speciálních betonových směsí pro 3D tisk zapojí, tím bude nižší.

Jednou z prvních vlaštovek je například společnost Master Builders, která již podobné směsi na trh dodává, podobně jako společnosti SIKA, Knauff, Weber, Baumit či Mapei. Podle Martina Podzimka tak postupem času už nebudou ceny materiálů tou největší překážkou. „Jsme ve fázi, kdy stále hledáme, zkoušíme a mapujeme nové území, výhody a nevýhody mnohdy ukáže až čas. Řada těch dnešních nevýhod, jako jsou ceny vstupů materiálu i stroje, postupně zmizí s tím, jak se technologie ‚vychytá‘ a rozšíří,“ říká Podzimek.

Připomíná ovšem dvě důležitá kritéria, která je nutná naplnit pro uplatnění 3D tisku v praxi tuzemského stavebnictví. „Určitě bychom rádi 3D tisk využili v praxi, ale k tomu potřebujeme najít stejně inovátorsky laděné architekty a investory. Diskuze s nimi určitě bude určovat výsledek, využití a další uplatnění této technologie.“

Pod Ještědem

Pro ČVUT ovšem nepředstavuje spolupráce s Martinem Podzimkem jediný projekt zabývající se 3D tiskem budov. Kloknerův ústav, tedy samostatné výzkumné pracoviště ČVUT, spolupracuje s Technickou univerzitou v Liberci (TUL) na další tiskárně pro 3D tisk. Ta nese název Printing Mantis.

Prozatím se jedná o zmenšený model zařízení, které by vědci chtěli postupem času vytvořit. Na Kloknerově ústavu se s jeho pomocí a speciálně vyvinutou tiskovou směsí podařilo vytisknout díly do rozměru až 3,5 × 1,3 × 1,0 metru. Kam až by chtěli vědci celý projekt dovést, prozrazuje Jiří Suchomel z Fakulty umění a architektury TUL.

„Naše úsilí je orientováno na vývoj technologie založené na užití relativně malého tiskového zařízení – robota –, které se bude pohybovat po stavbě a postupně tisknout jednotlivé části stavebních konstrukcí. Na stavbě chceme tisknout i díly vodorovných konstrukcí, které budou po dosažení potřebné pevnosti osazovány jeřábem do příslušné polohy. Naším cílem je vyloučit silniční dopravu velkých prefabrikátů,“ přibližuje Suchomel.

Zároveň připomíná, že řešení z Liberce by mohlo ve finále tisknout objekty prakticky libovolné velikosti. Tiskových robotů totiž může být na stavbě nasazeno hned několik a mohou simultánně spolupracovat a vytvářet tak objekty přesahující pracovní prostor jednoho robota.

Podle Suchomela totiž není největším benefitem 3D tisku rychlost, na kterou se ze strany veřejnosti upírá vůbec největší pozornost. „Údaje o ní jsou většinou nepřesné a nadsazené. Téměř výhradně se tím myslí doba vytištění stěn přízemního objektu, jehož ostatní části pak nejsou tištěny. Samotná rychlost ale není v současnosti hlavním cílem. Tím je mnohem víc kvalita tisku, logika a logistika tiskového postupu v závislosti na užitém materiálu,“ vysvětluje Suchomel.

Další iniciativy ze strany soukromníků

Ovšem právě rychlost je minimálně z hlediska PR jeden z nejlepších prostředků, jak technologii 3D tisku dobře „prodat“ a tím jí pomoci dostat se do praxe. To ostatně ukazuje i projekt společnosti Dek Víta Kutnara, která pracuje na technologii nazvané DekMatic vyvinuté ve spolupráci s experty z ČVUT. I tato technologie se opírá o robotická ramena, která jsou schopna vytisknout či z připravených tvárnic postavit obvodové stěny domu spolu s vnitřními příčkami.

Dek u této technologie zdůrazňuje třikrát až čtyřikrát rychlejší práci robotického ramene oproti lidským rukám a s tím spojené ušetřené náklady a zkvalitnění stavebního procesu. Prozatím se však nejedná o komerčně využitelný projekt.

Kromě společnosti Dek a podniků Martina Podzimka se o využití technologie 3D tisku ve stavebnictví zajímá také společnost ICE Industrial Services, která se ve Žďáru nad Sázavou zabývá primárně průmyslovou automatizací například pro automobilový průmysl. Jak ovšem vysvětluje Tomáš Vránek, CEO a zakladatel ICE, bylo nutné začít se věnovat inovacím i v dalších oborech.

„Tlak na ceny a rizika automobilového průmyslu pramenící od velkých koncernů jsou tak velké, že ohrožují naše fungování. Proto je v odvětví automotive nedostatek dílů, protože velké společnosti zničily ty střední a malé,“ vysvětluje Vranek důvod, proč si v ICE řekli, že se musí cíleně věnovat inovacím.

V létě minulého roku tak v ICE započal ve spolupráci se zkušenými odborníky výzkum, který se velmi rychle rozrostl do velice ambiciózních plánů. S pomocí 3D tisku by totiž ICE chtělo vybudovat přímo na vrcholu lyžařského areálu Kopřivná objekt lanové dráhy, přímo ve Žďáru také kavárnu a později zde vytvořit i první tištěnou budovu školy na severní polokouli, která by se měla otevřít již v létě příštího roku.

„Škola by pro nás měla být ověřením možností těchto postupů. Chtěli bychom využít všechen potenciál, který tento typ stavění umožňuje, včetně organických tvarů a parametrického designu. Ve světě je spousta projektů, kde 3D tisk betonu použili pouze jako ztracené bednění a postavili pravoúhlé domy, což je naprosté nepochopení možností této technologie,“ říká Vránek.

Vyvinuté řešení ICE, které se taktéž opírá o robotické rameno, je prozatím ve fázi testování a vývoje. Kromě testovacích modulů, které musela firma předložit certifikačním úřadům, tak prozatím ICE tisklo hlavně lavičky, květináče, zahradní prvky a městský mobiliář nejrůznějších tvarů.

Jak ovšem upozorňuje Marek Štádler z ČVUT, právě tyto produkty jsou nejlepší cestou, jak technologii 3D tisku představit a přiblížit ji potenciálním zákazníkům. „Na těchto objektech si týmy snadno vyzkouší vyvíjenou technologii. Zároveň se jedná o produkty, které budou lidem přímo k užitku a budou si díky nim moci 3D tisk doslova osahat a seznámit se sním,“ doplňuje Štádler.

Budoucnost 3D tisku v Česku

Podle Štádlera jsou právě tyto objekty také prozatím jedinou možnou budoucností 3D tisku v České republice. Dokud se totiž stavby vytvořené 3D tiskem nedočkají náležité legislativy, nebude je možné vůbec kolaudovat, a tedy je ani nikterak využívat. A právě touto problematikou by se v budoucnu rád zabýval i projekt ČVUT.

„Je nutné začít pro tištěné struktury stanovovat certifikované materiálové vlastnosti, jako má běžná cihla či Ytong. K tomu se ale váže celá řada dalších kritérií, aby pod projekt tištěného domu mohl dát razítko třeba statik nebo hasiči. Tyto testy jsou velmi náročné, a to jak na provedení, tak i po finanční stránce věci,“ vysvětluje Štádler, podle kterého by se za příznivých podmínek mohlo tištěné struktury podařit legalizovat nejdříve za dva roky.

Pokud se však právě tuto problematiku podaří vyřešit a nalézt osoby ochotné do vývoje i samotné realizace 3D staveb investovat, může být nástup objektů budovaných pomocí 3D tisku velmi rychlý. „Bude to stejné jako před půl stoletím, kdy proběhla automatizace a robotizace průmyslu. Standardem by 3D tisk ve stavebnictví mohl být odhadem za patnáct let. Ale stavby prvních významných celků bychom mohli začít vídat za čtyři až pět let,“ zamýšlí se nad časovou osou vývoje využívání technologie 3D tisku v českém stavebnictví Vránek z ICE.

S tímto odhadem souhlasí i Martin Podzimek, který věří, že se do pěti let 3D tisk určitým způsobem zakomponuje do struktury stavebních technologií jako jeho součást. „Myslím si, že časem tu budeme mít různé typy zástavby a jednou z nich budou i tištěné domy,“ říká majitel stavebních a strojírenských podniků.

„Uplatnění 3D tisku ve stavebnictví je stále jistější nejen v České republice, ale i v celém světě. Než se ale 3D tisk stane běžnou stavební technologií, bude to ještě několik let trvat. Jeho rozvoj bude však podporován rostoucím nedostatkem surovin a pracovních sil ve stavebnictví,“ uzavírá Jiří Suchomel z liberecké univerzity.