Vytiskni a bydli. Odborníci z ČVUT a TUL posouvají možnosti 3D tisku budov

Technická univerzita v Liberci (TUL) je garantem projektu 3D STAR, který si klade za cíl vyvinout robotické rameno, které bude možné jednoduše dopravit na stavbu a vytisknout s ním i několikapatrové budovy přímo na místě. „Navrhujeme mobilní robotické zařízení Printing Mantis, které se přemisťuje po staveništi a postupně zvládne tisknout jak svislé, tak vodorovné konstrukce,“ říká Jiří Suchomel z Fakulty umění a architektury TUL, duchovní otec projektu 3D STAR, na který univerzita získala dotaci z OP VVV.

Testovací zařízení s mobilní tiskovou hlavou už na TUL vyvinuli a další část jejího týmu vypracovala model robotického ramene, které dokáže opsat libovolnou křivku a má do budoucna tiskovou hlavu nést. Mezifakultní tým TUL spojil v projektu své síly s pražským ČVUT, konkrétně Kloknerovým ústavem, jehož pracovníci jsou specialisté z oblasti materiálového inženýrství a v tomto projektu cílí na beton a cementové směsi. Celý testbed byl do KÚ převezen, složen a zprovozněn. „Naším úkolem bylo vyvinout a dále optimalizovat cementové směsi pro toto konkrétní tiskové zařízení tak, abychom z procesu tisku do budoucna vyloučili další zásahy člověka. Složky je potřeba správně vybrat, namíchat, udržet během tisku optimální konzistenci cementového kompozitu a nastavit také vhodnou rychlost tisku v závislosti na aktuálních požadavcích pro konkrétní tištěnou konstrukci,“ říká David Čítek, vedoucí laboratoře betonu Oddělení experimentálních a měřicích metod Kloknerova ústavu ČVUT v Praze, a dodává: „Máme již zkušenosti s 3D tiskem a máme velmi slušnou materiálovou a technickou základnu. Z příkladů ze světa víme, že vhodný požadovaný cementový kompozit existuje, teď byl náš úkol tento materiál vyvinout a aplikovat.“ Vývoj směsi trval postupně asi 2 roky. Doladění optimální směsi odhaduje ještě na několik měsíců.

První experimenty už mají úspěšně za sebou, testbed nyní tiskne z cementového kompozitu o zrnitosti do 1 mm s přídavkem plastifikátoru a dalších modifikačních přísad. „V tiskové hlavě je při některých aplikacích nutné přidávat do směsi urychlovače tuhnutí, zajišťující okamžitou stabilitu při tisku složitějších prvků,“ popisuje dále David Čítek z Kloknerova ústavu ČVUT. Kromě samotného kompozitu podrobují odborníci z Kloknerova ústavu vytisknuté vzorky testování z hlediska maximálních zatížení, materiálových parametrů ale i trvanlivosti. Celý míchací a tiskový systém dokáže kontinuálně vytisknout betonový objekt o půdorysné velikosti 3 x 1,5 metru a výšky do asi 1 m.

„S kolegy z Kloknerova ústavu zkoušíme navrhovat i betony s příměsí kovových nebo polypropylenových vláken jako rozptýlenou výztuž pro zlepšení mechanických vlastností směsi,“ říká Vladislav Bureš z katedry nosných konstrukcí Fakulty umění a architektury TUL.

Projekt 3D Star byl zahájen v roce 2018 a končí v roce 2022 a jeho poskytovatelem je MŠMT. V rámci výzvy předaplikačního výzkumu, na který TUL získala dotaci přes 72,5 milionů korun, mají vědci ověřit hlavní principy fungování robotického ramene a jeho součástí a vytvořit funkční modely částí robota, v tomto případě tiskové hlavy, a pořídit a ověřit mají i vzorky tištěných stavebních konstrukcí. 

„Pro dokončení skutečného zařízení pro tisk budov budou potřeba další prostředky. Očekáváme návaznost na Operační program Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost. Pro pokračování dobře nastartovaného vývoje je nezbytné nalezení ekonomicky silného průmyslového partnera, který vidí v této technologii budoucnost,“ uzavírá Petr Zelený z Fakulty strojní TUL, hlavní garant projektu.

Více informací o projektu najdete zde.