3D tisk vešel v poslední době ve známost díky koronavirové krizi, kdy se na domácích i průmyslových 3D tiskárnách začaly masivně vyrábět ochranné štíty pro zdravotníky. Díky rozhovorům v televizi jsme se pak dozvěděli, že tisknout se dá prakticky všechno. Týmy na liberecké architektuře tvrdí, že i celé domy. Vyvinuly robota, který by tiskl přímo na staveništi.

„Existují jen experimentální stavby často sestavené z prefabrikátů vytištěných ve výrobní hale. Robot z TUL je navržen tak, aby tiskl přímo na staveništi, kam ho bude možné převézt bez použití robustní dopravní techniky,“ řekl mluvčí univerzity Radek Pirkl.

„Navrhujeme mobilní robotické zařízení, které se přemisťuje po staveništi a postupně zvládne tisknout jak svislé, tak vodorovné konstrukce,“ upřesnil zakladatel Fakulty umění a architektury TUL a někdejší člen proslulého SIALu Jiří Suchomel. Pravděpodobně jde o světový unikát. „Ve světě užívané průmyslové roboty  nerealizují tisk stropů a střešních konstrukcí,“ upozornil.

Alfou a omegou je cement

Na unikátním přístroji pracují liberečtí vědci společně s odborníky z Akademie věd a Kloknerovým ústavem pražské ČVUT. Tam také v pondělí 18. května robot z libereckých laboratoří zamíří na několikaměsíční testování. „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,“ popsal člen vědeckého týmu Leoš Beran z fakulty mechatroniky. Tam se robot podrobí zkouškám. „Půjde o celý TestBed včetně trysky, dále průběh tisku a testovat se budou i mechanické vlastnosti částí vytištěných z různých typů směsí,“ doplnil.

Vývoj přelomového patentu probíhá napříč fakultami. Například na strojní řeší konstrukci tiskové hlavy, která bude sloužit pro vytlačování cementové směsi. „K úpravám na konstrukci tiskové hlavy dochází, jak se postupně seznamujeme s problematikou tiskových směsí – jejich tekutostí nebo rychlostí tuhnutí,“ popsal vedoucí katedry výrobních systémů a automatizace Petr Zelený.

Tisk obstará rameno robota

Nepředstavujme si ale klasického robota. Tisk na staveništi až do vzdálenosti 5,6 metru a výšky 3,2 metru bude zajišťovat otočné a posuvné robotické rameno. Vědci vyvinuli model v měřítku 1:4, na kterém si ověřili, že rameno dokáže opsat jakoukoli křivku.

„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,“ připomněl jeden z autorů stavebního robota Václav Záda z fakulty mechatroniky. „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, to ostatní stroje neumí,“ vysvětlil odborník.

Myslí na životní prostředí

Velké stavby zpravidla znamenají i enviromentální zátěž. Nejen hlukem a těžkou technikou, ale i při výrobě samotného stavebního materiálu. „Výroba cementu představuje velkou zátěž pro životní prostředí a navíc nám docházejí potřebné suroviny, jako je kamenivo a štěrky. My chceme stavět lehké tenkostěnné betonové a nekonvenčně vyztužené konstrukce, které spotřebu materiálu značně sníží,“ zdůraznil profesor Suchomel, věrný inovativním myšlenkám Hubáčkova SIALu. Tvrdí, že využití 3D tisku přinese do architektury i větší rozmanitost. „Tato technologie totiž umožňuje tisk komplikovaných tvarů a dokáže vyhovět i náročným a neobvyklým požadavkům,“ poznamenal.

Podle Jiřího Suchomela se díky 3D tisku budou objekty sestavovat z jednotlivých částí jako velké lego. „Některé části konstrukce, zejména svislé stěny, zvládneme vytisknout v konečném umístění. Vodorovné části vytiskneme na zemi a přeneseme na místo. Vše přímo na staveništi,“ předeslal profesor Suchomel.

Zatímco technické problémy řeší vědci s lehkostí, oříškem může být podle Suchomela legislativa. Podle něj totiž dodnes neexistují stavební předpisy pro tištěné konstrukce. Nabízí se tak otázka, zda nás v praktickém využití nepředběhne cizina. Na projekt liberecké univerzity totiž přispěla Evropská unie z programu Výzkum, vývoj a vzdělávání. Z celkové částky 72,6 milionu korun, přišlo do Liberce z bruselské pokladny 61, 7 milionu.

Zavedení unikátního stavebního pomocníka je podmíněno další finanční injekcí. Tu by mohla univerzita získat z dalšího unijního programu s názvem Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost. „Ten už řeší zavedení výsledků vývoje na trh a tisknutí skutečných domů. Nezbytné by pak bylo nalezení ekonomicky silného průmyslového partnera,“ upřesnil mluvčí univerzity Radek Pirkl.

Výzkum pomocníka podpořila EU
Na projekt liberecké univerzity 3D Star, jehož cílem je metoda postupného tisku rozsáhlejších a také vícepodlažních budov přímo na místě, plynou peníze z Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání.
Předaplikační výzkum získal 72, 6 milionu korun. Příspěvek z EU činí 61, 7 milionu korun.
Projekt očekává návaznost na Operační program Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost.