3D tisk - možnost nemožného?

Jak stavět levněji a rychleji?

První 3D tiskárnu vynalezl v roce 1984 inženýr Chuck Hull.

3D tiskárna

Co je to ale vlastně 3D tisk?

Jedná se o aditivní metodu tisku trojrozměrných produktů. Součást se naplánuje v programu CAD a poté se informace odešlou do tiskárny. Poté se objekt vytiskne v jednotlivých vrstvách. Tato metodika je zajímavá při výrobě prototypů, modelů, nástrojů a prefabrikovaných dílců.

Na rozdíl od konvenčních postupů již nejsou nutné žádné složité formy nebo výměny forem. Mnoho pracovních kroků je vynecháno. Možné jsou složité geometrie a hromadná výroba. Celkově tyto výhody vedou k energeticky úspornější výrobě.

Tato inovace umožňuje mnoho zajímavých aplikací. Kromě práce s plasty a kovy lze použít také jíly, vosky nebo pryskyřice.

Dobrým příkladem je letadlo. Vyšší hmotnost znamená více leteckého paliva. Pomocí 3D tisku však lze mnohem snadněji vyrábět zakřivené konstrukce. 3D tisk je použitelný také v medicíně, například pro individuální protézy. Odvětví sahá dokonce tak daleko, že lze tisknout maso z rostlinných bílkovin s konzistencí skutečného masa.

Tištěné ortézy z 3D tiskárny

Důležitým krokem u 3D tisku je výroba na místě. Lze tak ušetřit dopravu na velké vzdálenosti, je nutné předávat pouze digitální informace.

Lze 3D tisk využít i ve stavebnictví? Přinese to revoluci ve stavebnictví?

Ve stavebnictví je 3D tisk stále ještě v plenkách. Zatím není možné odhadnout, jak se tento trend bude v budoucnu vyvíjet.

K betonu již existují udržitelnější alternativy, jako je jíl nebo hlína. Při 3D tisku se převážně tekutý beton hromadí ve vrstvách. Můžete si to představit jako dort se šlehačkou, s tlačítkem jako pytel. Ve stavebnictví již existuje několik projektů, které byly vytvořeny pomocí 3D tiskárny. Průkopnickými zeměmi jsou Čína, SAE a USA.

V Německu dosud neexistují žádné normy a standardy pro 3D tisk, a proto je tištěných budov málo. Technická univerzita v Mnichově se však touto inovací zabývá již roky. Proto bylo v Německu vydáno stavební povolení pro dvě tištěné vícepodlažní budovy.

První dvoupodlažní rodinný dům byl postaven v Beckumu v Severním Porýní-Vestfálsku. Celkově to trvalo 100 hodin tisku.

V bavorském Wallenhausenu se nachází první bytový dům se třemi podlažími a celkovou obytnou plochou 380 m². Odborníci vyvinuli beton používaný přímo pro 3D tisk.

Velkou výzvou je zde kompozice. Recepturu firmy zatím tají. Beton musí splňovat několik požadavků: Na jedné straně by měl být jako čerstvý beton čerpatelný. Měl by být dobře tvarovatelný, aby mohl být protlačen otvorem trysky. Skladba tuhne rychle, takže konstrukce při nanášení nové vrstvy na housenku nespadne. Na druhé straně by beton neměl tuhnout příliš rychle, jinak by nevzniklo spojení s předchozími vrstvami.

Jakmile byla nalezena správná směs betonu, mohla se přistoupit k vývoji 3D tiskárny. Tento úkol na sebe vzala společnost Peri a tiskárnu vyvinula. Jedná se o portálový systém s různými moduly, které lze individuálně nastavit. Nejvyšší rychlost dosahuje jednoho metru za sekundu. Aby však zároveň mohla být prováděna ruční práce, tiskne se pouze rychlostí 25 centimetrů za sekundu, takže metr čtvereční zabere asi pět minut.

Dalšími dodatečnými pracemi jsou například otvory pro okna nebo elektroinstalace, například zásuvky. Netisknou se pak spojité stěny, které mají jednotnou šířku 24 centimetrů, ale dvě oddělené stěny o šířce tři až deset centimetrů, které tvoří dutou stěnu. Vnitřek není zcela vyplněn betonem, ale doplněn izolačním materiálem. Je lehčí a spotřebuje méně materiálu.

Změní 3D tisk stavebnictví?

Teoreticky je mnoho výhod, díky nimž by se mohl 3D tisk ve stavebnictví prosadit.

3D tisk by čelil nedostatku kvalifikovaných pracovníků, protože je potřeba mnohem méně kvalifikovaných pracovníků. Vytváří se méně odpadu, protože se používá pouze opravdu nutný materiál. Každý otvor je plánován od samého počátku.

Je zajímavé, že lze použít také recyklované produkty. V Itálii působí společnost WASP. Místo betonu je zde použito přírodní bahno. Jako příměsi se používají odpadní produkty z výroby rýže. V Amsterdamu vznikl nápad na tisk typického "kanálového domu" z bioplastu. 3D tisk obecně také snižuje spotřebu energie, protože odpadá mnoho dopravy, například surovin a dělníků.

Metoda umožňuje libovolné geometrie. Konvenční technologie nelze tímto způsobem naprogramovat, protože není třeba žádné bednění. To dává architektům více možností, jak se vyjádřit.

Je ale 3D tisk vůbec možný?

Překážky této technologie jsou ale převažující. Lidé musí nejprve 3D vytištěné domy přijmout. Vypadají velmi zvláštně s typickými proužky na stěnách. Pokud se podíváte na další trendy, jako je prefabrikovaná konstrukce, bude to pravděpodobně nějakou dobu trvat.

Tato technologie je omezena použitím pouze určitých materiálů. V USA proběhla reklamní kampaň s příslibem vyrobit dům do 24 hodin. To se ovšem týká pouze stěn a nikoli ostatních instalací, jako jsou například úpravy interiéru. Také montáž a kalibrace tiskárny trvá nějakou dobu.

V krizových oblastech by byly výhodné 3D tiskárny. Po živelních pohromách by mohla být rekonstrukce rychlejší a levnější. Myšlenka je také taková, že stavební materiály na místě by mohly být v rozvojových zemích rychlejší a levnější. V zemích s válkou v okolí by se mohly rychle stavět nové budovy, aby lidé nemuseli utíkat daleko a mohli zůstat ve své domovině.

Existují však i další překážky. Jak by šlo přepravovat 3D tiskárnu? Jsou vůbec na místě k dispozici vhodné materiály?

Dalším problémem je, že lze zatím vytvářet pouze svislé konstrukční prvky nebo nosné prvky zatížené v tlaku. Všude tam, kde vznikají ohybové nebo tahové síly, je obtížné jednotlivé komponenty tisknout.

Je 3D tisk skutečně tak udržitelný, jak si příznivci myslí? Během tisku se minimalizuje plýtvání, protože lze přesně vypočítat, co je potřeba. Pro speciální tlak je však zapotřebí mnohem více cementu, jehož výroba má za následek velké množství emisí. Pro srovnání jsou škodlivé emise ještě horší než v leteckém provozu. V případě 3D betonu se použije přibližně dvakrát více cementu než u běžného betonu litého do bednění.

Výslednice

V budoucnu nelze upustit od betonu. Například rozsáhlé základy nebo mosty budou muset tento pevný materiál ještě dlouho používat. Výhody 3D tisku jsou teoreticky pochopitelné, nikoli však dostatečně prokázané.

Digitalizace ve stavebnictví může být samozřejmě touto technologií hnána kupředu. Pokud se však podíváme na problémy, brzy se ukáže, že na ně ještě nemáme dostatečná řešení. Budoucnost přinese nové stavební materiály. Aby bylo možné předejít klimatické krizi, je třeba používat udržitelnější produkty, jako je hlína a dřevo.

Vzhled 3D tištěných produktů je také sporný. Samozřejmě je to věc názoru, ale není jasné, jak bude konstrukce vypadat za deset let.

Je těžké činit odpovědná rozhodnutí, protože vše je stále ještě v plenkách a výpočty nákladů ještě nejsou známy. Zkušeností s tištěnými domy prostě stále ještě není dost.

Nicméně vývoj pokračuje a je stále vzrušující. Třeba se budou v budoucnu také tisknou pouze jednotlivé stavební díly v k tomu určených továrnách. Tisk na Marsu je obzvláště vzrušující inovací. Vědci tam našli hlínu, která by se dala využít i při 3D tisku.

3D tisk na Marsu