3D tisk jako součást trendu zvyšování podílu robotizace ve stavebnictví

Stavebnictví je velmi specifickou průmyslovou výrobou, která je typická velikou pracností, nehodovostí a také častou jedinečností každého výrobku – stavby. Stavební výroba v průběhu 20. století postupně v rámci zvyšování efektivity výroby přejala z dalších průmyslových oborů progresivní výrobní postupy ve formě standardizace, využití strojů a pásové výroby stavebních komponentů a dosáhla tím značného zvýšení produktivity a bezpečnosti.

3D tisk jako součást trendu zvyšování podílu robotizace ve stavebnictví


Přes tento pokrok je ale stavební výroba v nasazení robotů např. za automobilovým průmyslem značně pozadu a stále se v řadě oborů potýká s vysokým podílem fyzické práce a častou nehodovostí.

Rozvoj výpočetní techniky a informačních technologií vedl v posledních 30 letech k velkému pokroku v mnoha oblastech stavebnictví, především pak v oblasti navrhování, tj. architektury, statiky, tepelné techniky a dalších oborů a ke zrození odvětví jako je CAAD, digitální mapování a dalších. Výsledkem je fakt, že jsme schopni navrhovat velmi složité a propracované struktury o dříve nevídané tvarové pestrosti a statických vlastnostech. Vrcholem tohoto vývoje je tzv. parametrická architektura, generovaná přímo počítačem, na základě skriptu s architektem dopředu nastavenými okrajovými podmínkami (toky lidí, prostorové limity, počet podpor atd.).

Dosud byla realizace podobné architektury velmi technologicky a finančně náročná díky obtížnému převodu digitálního modelu do standardních stavebních technologií. Cílem inženýrů je přetransformovat výrobní proces v podobném duchu jako design a vyvinout technologie, schopné přímo a přesně interpretovat digitální architekturu v reálném světě dle digitálního modelu bez ohledu na jeho tvarovou složitost.
Řešením tohoto problému se zdá být použití 3D tisku, technologie, v poslední době zahajující úspěšné pronikání do mnoha průmyslových odvětví či do lékařství.

Co to je 3D tisk ve stavebnictví

3D tiskem ve stavebnictví je převážně myšlen velkoformátový tisk nosných konstrukcí hrubé stavby, která je z hlediska stavební technologie řídícím a zároveň ekonomicky a technologicky nejnáročnějším procesem výstavby.
Materiálem je ve většině případů rychle tuhnoucí směs pojiva a plniva na silikátové bázi (speciální beton).

Základní technologie 3D tisku ve stavebnictví dle místa výroby

1) Výroba In situ

a) Stacionární roboti – obdoba rámových jeřábů
např. existující technologie D-Shape, Contour Crafting, Winsun atd.
b) Mobilní roboti
např. projekt Minibuilders IAAC v Barceloně

2) Výroba prefabrikátů a komponentů budov 3D tiskem ve specializovaných výrobních závodech

3) Robotické osazování prefabrikovaných částí do již hotové stavby
Není přímo 3D tisk, ale využívá podobné principy a 3D tisk výhodně doplňuje, např. pro osazení tahově namáhaných konstrukcí, které jdou problematicky tisknout In situ - např. technologie Contour Crafting

Základní technologie 3D tisku ve stavebnictví dle způsobu tisku

1) Liniový 3D tisk
Tisk probíhá v jednofázově provedených vrstvách nanášením směsi pojiva s plnivem tryskou, v horizontálních liniích tl. cca 10 mm, pouze do místa budoucí konstrukce, převážně svisle nebo v malých sklonech od svislice. Podkladem je zemní podklad, případně již zhotovené konstrukce.
Např. technologie Contour Crafting

2) Celoplošný 3D tisk
Tisk probíhá ve dvoufázově provedených vrstvách. V první fázi dojde k nanesení vrstvy plniva - pískové matrice - v celé ploše půdorysu na zemní podklad, případně na již zhotovené konstrukce v tl. cca 10mm, polohu budoucí konstrukce určuje robot souřadnicí, na níž nanáší v druhé fázi na každou vrstvu plniva pojivo. Písková matrice je po dobu tuhnutí statickou podporou nadřazených vrstev konstrukce a umožňuje tak vysokou tvarovou flexibilitu. Po vytvrdnutí je pískový materiál, nezasažený pojivem, mechanicky odstraněn.
Např. technologie D-Shape

Technologie 3D tisku má ve stavebnictví v delším horizontu velmi vysoký potenciál, např. ve využití pro výrobu sendvičových konstrukcí, spojujících v jedné konstrukci více funkcí, včetně vestavěných instalačních rozvodů a perspektivně i v tisku větších stavebních celků, pravděpodobně i celých komplexů budov na klíč. Přínos využití technologie 3D tisku bude díky použití robotické technologie a jí vyvolaném snížení podílu lidské práce také ve zvýšení bezpečnosti, ekonomičnosti a kvality stavební výroby a také snížení jejího dopadu na životní prostředí.

Další info: www.youtube.com/watch?v=31jkjsZPjtQ

Autoři Ing. Michal Kovářík a doc. Ing. Pavel Svoboda, CSc., pracují na ČVUT v Praze, Fakulta stavební, katedra technologie staveb.
Tento příspěvek vznikl v rámci grantu SGS13/164/OHK1/3T/11 „Kompozitní materiály na bázi ternárních pojiv“.

Čtěte také:
→ Společnost Y Soft investuje do českého výrobce 3D tiskáren be3D
Český výrobce 3D tiskáren be3D získal strategickou investici. Do pražského start-upu investuje brněnská společnost Y Soft, která tak získala v be3D 51% podíl.
→ MultiJet Fusion: HP vstupuje razantně na trh s 3D tiskárnami
Výrobce tradičních tiskáren vstoupil na pole 3D teprve před rokem, a přesto se mu nyní podařilo převzít technologickou iniciativu. Současní lídři trhu na poli 3D tisku budou muset na tuto výzvu co nejdříve odpovědět, komentuje to IDC.

Zaujal vás tento článek?
Zaregistrujte se k odběru našeho e-mailového newsletteru. Každý týden tak pohodlně získáte přehled o důležitých událostech v IT branži.

G+


Úvodní foto: archiv redakce




Komentáře