Dům z 3D tiskárny „roste jako z vody“

Až dosud měly domy z 3D tiskárny převážně bulvární nádech senzačnosti - např. v roce 2014 soukromá firma v Šanghaji použila 3D tiskárny k vytištění 10 jednoduchých domků za pouhý den. Nicméně technologie 3D tisku využitelná ve stavebnictví už reálně existuje a na světě jsou první úspěšně realizované projekty fungující jako normální objekty k běžnému bydlení. Města si od nich slibují řešení problémů bydlení díky nákladově efektivní metodě.
Tisk používaný pro výrobu domů má s klasickými 3D tiskárnami společný jen základní princip - tedy automatické nanášení hmoty po vrstvách. Plastový filament nebo práškové kovy používané u tradičních zařízení tohoto typu nahradila stavební hmota na bázi speciálního cementu a také tiskárna je o trochu větší.

Stavbaři nové generace
Příkladem může být 3D stavební tiskárna firmy Apis Cor, první svého druhu pro výstavbu 3D domů v průmyslovém měřítku, kterou založil ruský inženýr čínského původu Nikita Chen-iun-tai. Technologie mladého inženýra používá mobilní design a na rozdíl od podobných zařízení je kruhová. Díky své mobilitě nabízí zajímavé možnosti pro 3D stavbu na vybraném místě.
„Dosavadní technologie neumožňují tisknout celé domy na místě, ale pouze samostatné panely, které jsou pak dodávány stavebníkovi a sestavovány na daném místě. To sice dělá výrobu domů trochu jednodušší, ale ne levnější," konstatuje Chen-iun-tai.

Za den už můžete bydlet
Místo tradičního tříosého nastavení má kruhová 3D tiskárna Apis Cor rotační základnu s jeřábovým ramenem, které se může otáčet ve všech směrech. To umožňuje vytisknout celý dům zevnitř ven přímo na místě. Díky kompaktním rozměrům (pouze 5,5 x 1 x 1,5 m) se tiskárna vejde do standardního přepravního vozíku. Navíc má nízkou spotřebu energie a žádný stavební odpad, což ušetří až 70 % nákladů na konstrukci rámu ve srovnání s tradičními metodami.
„3D tiskárnu lze postavit na jakémkoli povrchu bez předběžných příprav - má vestavěný systém automatického vyrovnání a stabilizace horizontu - a k práci je připravena do půl hodiny," řekl Chen-iun-tai s tím, že používaná technologie je odlišná i v tom, že tiskne domy zevnitř, takže i při malých rozměrech dokáže vytisknout dům o zástavbové ploše 100 m2 za den. Může být naprogramována tak, aby budovala jednotlivé místnosti, které pak lze následně sestavit do většího celku. K tisku používá patentovanou směs na bázi betonu a vlákna. Konstrukce na místě umožňuje snížit náklady na výstavbu domů v chudých nebo vzdálených oblastech.

V zimě i v tropech…
První dům, na kterém firma demonstrovala možnosti nové technologie, byl postaven u Moskvy v nejchladnější době roku. Použití betonové tiskové směsi je možné pouze při teplotách nad 5 °C, ale zařízení samotné je schopno pracovat při teplotách až do -35 °C. Problém byl v tomto případě řešen pomocí stanu, který zajistil požadovanou teplotu. S využitím nově vyvinutých materiálů, jako je geopolymer, bude ale možné vytisknout dům kdykoliv během roku. Celkově vyšla výstavba domu na 10 134 dolarů, včetně oken, dveří, izolací a elektroinstalace a finálních interiérových a vnějších úprav. Projekt lze prohlédnout na http://apis-cor.com/en/.
Podobný projekt výstavby domů pomocí obří 3D tiskárny najdeme i na opačné straně zeměkoule. Zde chce startupová firma Icon z texaského Austinu začít hromadnou výrobu malých domků pro sociálně slabší obyvatele. Společně s neziskovou organizaci New Story začnou vyrábět domy v rámci pilotního projektu ve středoamerickém Salvadoru. Domek o výměře 60 m2 má být tiskárna schopna vyrobit vrstvením za 12-24 h. Náklady na výrobu jednoho domu by měly vyjít asi na 4000 dolarů (cca 82 tis. Kč).
Dalším z projektů je francouzský BatiPrint - dílo týmu výzkumníků z univerzity v Nantes. Ve spolupráci se specializovanou laboratoří pro robotiku LS2N vyvinuli 4m dlouhého robota, který klade tři vrstvy materiálů najednou. Materiál obsahuje dvě vrstvy expanzní pěny a jednu betonu. Robot je transportovatelný a tiskárna může přímo na místě vytvořit stěny vysoké až 7 m.
V 3D stavebnictví se angažuje i čínská firma WinSun, která postavila pomocí této technologie např. autobusové zastávky nebo kancelářské objekty v Dubaji. Dalším nadějným adeptem je kalifornská Contour Crafting, využívající technologii vyvinutou na Univerzitě Jižní Kalifornie. Jejím základem je počítačem řízený jeřáb s 3D tiskem umožňující rychlou výstavbu celé struktury bez lidského zásahu pomocí rychle tuhnoucí betonovité směsi nanášené po vrstvách, do které se přidává i technická část, jako jsou instalace, vodiče apod.

… a třeba i v kosmu
Technologie tedy již existuje a praktické výsledky rovněž. Ale zatím nikdo není schopen určit, jak na tom budou tyto tištěné domy z dlouhodobějšího hlediska s provozními parametry, izolačními a dalšími vlastnostmi, jaká bude jejich reálná životnost, trvanlivost apod. Nicméně právě Rusko s oblastmi zahrnujícími často opravdu drsné klimatické podmínky nebo tropické prostředí Střední Ameriky s vysokou vlhkostí, by mohly být ideálními testovacími laboratořemi, které by na to mohly dát odpověď.
Možná, že se budovy z 3D tiskárny neomezí jen na Zemi - s podobným řešením se totiž uvažuje i na vybudování stálé základny pro posádku na Měsíci. Tiskárna by měla využívat tamní surovinu - měsíční horninu regolit - která by nahradila stavební cementovou směs.

Geocement: hi-tech materiál nové generace
Pro stavbu budov pomocí 3D tisku byl vyvinut nový typ stavebniny z anorganických minerálních látek - Geocement. Na jeho vývoji spolupracovali odborníci z firmy Geobeton, Kyjevského stavebního institutu a francouzského Geopolymer Institute. Geocement je dodáván ve dvoukomponentní verzi: Jako geopolymerový cement ve formě prášku s kapalným činidlem - geosilikátem, nebo jako již připravený geopolymerní beton, tj. smíchaný ve správném poměru. Směsi mohou být dále míchány s dalšími příměsemi (písek a štěrk) podobně jako klasický cement.
Nanostruktura a vysoká mezoporozita betonu umožňují vzduchu procházet materiálem, což dává geobetonu atraktivní vlastnosti. Je chemicky inertní vůči řadě agresivních látek, odolný vůči vysokým teplotám i drsným klimatickým podmínkám. Díky vynikajícím fyzikálně-chemickým vlastnostem má ve srovnání s tradiční technologií výroby betonu lepší parametry v oblasti pevnosti, trvanlivosti, tepelné izolace, vysoké odolnosti proti tepelným šokům, mrazu i rozmrazení, proti ohni, korozi a působení agresivních látek (včetně některých typů kyselin, solí nebo alkálií), a překračuje vlastnosti přírodního kamene. Materiál vykazuje trvale vysokou pevnost v tlaku nad 100 MPa, v ohybu přes 13 MPa.

/joe/

Publikováno: 31. 5. 2018 | Počet zobrazení: 2780 414