3D tisk způsobí revoluci v technologiích, materiálech i legislativě

Na vrchol lyžařského areálu Kopřivná přiletí vrtulník. Nebude ale zachraňovat lyžaře, jeho úkolem bude dopravit na místo 3D tiskárnu, která z betonu vytiskne novou budovu stanice lanové dráhy. Projekt je zatím ve fázi příprav, plánování a řešení omezení, jako jsou tvar, výška nebo nosnost. Realizovat by se měl zhruba do dvou let. „Rádi bychom vytvořili něco unikátního. Naší ambicí není velká nemovitost, chceme stavbu, která zapadne do přírody a bude korespondovat s designem lanovky,“ říká provozovatel Skiareálu Kopřivná Karel Ležatka.

Stanice by měla být částečně zapuštěna v zemi, bude v ní místo pro obsluhu lanovky, část technické infrastruktury, například záložní zdroje, a pak prostor, který bude sloužit návštěvníkům, ať už jako ohřívárna, půjčovna nebo kavárna. Na projektu pracuje společnost ICE Industrial Services, která je stejně jako Skiareál Kopřivná členem průmyslového holdingu MTX Group. Kromě lanovky ji v letošním roce čeká spolupráce s jedním výstavním areálem, pro který vytvoří 400 kusů městského mobiliáře, tedy odpadkové koše, lavičky a další prvky. Řeší také projekt obslužných budov čerpacích stanic.

Ambice má ale ICE mnohem větší. V letošním a příštím roce chce po celém světě realizovat sérii domů postavených s využitím 3D tisku betonu. V létě roku 2023 pak plánuje otevřít ve Žďáru nad Sázavou, kde působí, první vytištěnou budovu školy na severní polokouli. Zatím se čeká na dokončení projektu a následné certifikáty a úřední razítka. Budova by měla být vytištěna z klasického betonu s příměsí, což je pro český trh ojedinělé. „Jsme jedni z mála na světě, kteří dokážou tisknout z klasického betonu. Díky tomu nemusíme používat speciální pytlované směsi, které jsou velmi drahé. Společně s Vysokým učením technickým v Brně jsme vyvinuli vlastní směs akcelerátorů a plastifikátorů, která umožní 3D tisk běžně dostupného betonu kdekoliv po světě. Pokud bychom byli závislí na speciálním materiálu, limitovalo by to celou stavbu a zvýšilo ekologickou zátěž i cenu,“ říká ředitel ICE Tomáš Vránek.

Největší výhodou 3D tisku je snížení množství technologických operací. Zeď je možné vytisknout tak, že není potřeba omítka nebo izolace, protože ta se vytiskne v podobě pěny přímo ve zdi. Tím se ušetří několik týdnů následných prací. „Až za sebou budeme mít pilotní projekty, uvidíme, že hrubou stavbu zvládneme třikrát rychleji. Finanční úspory pak odhadujeme kolem padesáti procent,“ tvrdí Tomáš Vránek a dodává, že místo realizací staveb chce v tuto chvíli pracovat raději na udržitelnosti. Vývojem různých řešení tiskových hlav nebo průběžným strojovým šalováním, tedy využíváním bednění pro co nejlepší povrch výtisku, optimalizuje se svými kolegy jednotlivé procesy tak, aby v budoucnu vytvořili dokonalý objekt.

Inspirace přírodou

Technologie 3D tisku mění stovky let zažité stavební postupy. Objekty se mohou hodně přiblížit organickým tvarům, které v přírodě mají specifické vlastnosti. Například vejce je na výšku velmi obtížné rozmáčknout. Jeho skořápka je pevná a odolná. Klenby se používají už tisíciletí, klasickým stavebním postupem jsou ale náročné na výrobu. Musí se nejprve vytvořit bednění, které je pro zakřivené plochy náročné a drahé. V případě 3D tisku je to přesně naopak – složité je vytisknout spíše pravoúhlou stavbu, kde je nutné stropy při tisku podpírat.

„U 3D tisku se říká, že geometrická složitost je zdarma – nezvyšuje náklady ani neprodlužuje čas realizace, což je do jisté míry pravda. Ornamentální či organický tvar stropní desky může ušetřit až 70 procent betonu oproti konvenčnímu tvaru kvádru,“ říká Jan Podroužek z Fakulty stavební brněnského VUT, který se svým týmem zkoumá nejen organické a biologickými tvary inspirované struktury, ale také využití druhotných surovin a přírodních materiálů, ze kterých je možné tisknout.

Pro 3D tisk se tak dají využít například biologicky rozložitelné termoplasty, které se získávají například z kukuřičného nebo bramborového škrobu. V tuto chvíli jsou tyto materiály však pouze ve fázi výzkumu.

Reálnější je využití recyklovaných materiálů. ICE směřuje k použití ještě hrubější frakce plniva než aktuálních 8 mm, což usnadní použití recyklovaných materiálů ze staveb. „Tuto metodu poslední dobou někteří prezentují jako žhavou novinku, pravda je taková, že z cihlobetonu byly po druhé světové válce postavené celé Drážďany,“ uvádí profesor Rudolf Hela z Ústavu technologie stavebních hmot a dílců Fakulty stavební VUT, který s ICE spolupracuje. Recyklované materiály přinášejí 3D tisku úplně nové možnosti. Budoucnost spočívá zejména v kombinaci více materiálů a technologií. Využívají se plastové recykláty, kombinace 3D tisku a nástřiku například dřevěných kompozitů a jiných moderních materiálů, které se v poslední době intenzivně vyvíjejí.

Impulz pro konzervativní obor

Kromě technologických postupů, materiálů a struktur se vyvíjí také legislativa spojená s 3D tiskem. Společnost ICE Coral se stala jedním ze zakládajících členů Národního centra stavitelství 4.0, které se bude věnovat digitalizaci a modernizaci stavebnictví. Kromě stavebních, projekčních a developerských společností sdružuje také všechny tři stavební fakulty v Praze, Brně a Ostravě, Nadaci pro rozvoj architektury a stavitelství a Svaz podnikatelů ve stavebnictví. Cílem je propagace a zavádění nových technologií včetně využití principů průmyslu 4.0 a zvýšení konkurenceschopnosti Česka v této oblasti v evropském měřítku.

Stavebnictvi

Stáhněte si přílohu v PDF

Institut by se měl věnovat příslušným certifikacím, aby bylo legislativně možné stavby tisknout. „Jedním z témat je také BIM, tedy Building Information Modeling, informační model budovy. V průmyslu je již běžné, že jsou všechny díly navrhované ve 3D. Vyřízení stavebního povolení ale trvá rok. To je něco, co v roce 2022 mělo už dávno probíhat digitálně, aniž by se musely tisknout stohy dokumentů, které se nosí na úřad. Podobně jako v průmyslu lidskou sílu nahrazují roboty, bude se to pravděpodobně dít i ve stavebnictví. V Brně jsou letos na oboru zedník dva studenti. Není moc mladých lidí, kteří by to chtěli dělat, proto je cílem přesunout je do IT a do pozic operátorů strojů a nechat těžkou práci na strojích. Lidé by měli být obsluhou strojů a v lepším případě jejich tvůrci,“ dodává Tomáš Vránek.

Podle předsedy Národního centra stavebnictví 4.0, profesora Petra Konvalinky, je stavebnictví velmi konzervativní obor a prvky digitalizace a automatizace jsou v něm zatím rozšířeny ve velmi malém rozsahu. V centru by proto chtěli vytvořit atmosféru komunikace všech se všemi a posunout digitalizaci do všech sfér stavebnictví. Od výroby stavebních materiálů až po výstavbu, od urbanistických návrhů územních plánů až po chytrá města budoucnosti. Digitalizovat nejen stavební a s ním související obory, ale také prostředí, které obklopuje stavebnictví. „Státní správa, stavební zákon a s ním spojená legislativa, příprava územních plánů, příprava projektů, projektování v BIM, příprava staveb, provádění staveb, údržba a opravy staveb, facility management, odstraňování staveb, cirkulární ekonomika, to všechno je celý komplex činností souvisejících s výstavbou a ten musí být vzájemně propojen,“ říká Petr Konvalinka.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Stavebnictví.