Jak stavět levněji a rychleji?
První 3D tiskárnu vynalezl v roce 1984 inženýr Chuck Hull.
Co je to ale vlastně 3D tisk?
Jedná se o aditivní metodu tisku trojrozměrných produktů. Komponenta je navržena v programu CAD a informace se poté odešlou do tiskárny. Poté se objekt vytiskne v jednotlivých vrstvách. Tato metodika je zajímavá při výrobě prototypů, modelů, nástrojů a prefabrikovaných dílců.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren benötigt man keine aufwendigen Formen und Formwechsel mehr. Viele Arbeitsschritte entfallen. Možné jsou složité geometrie a hromadná výroba. Celkově tyto výhody vedou k energeticky úspornější výrobě.
Tato inovace umožňuje mnoho zajímavých aplikací. Neben der Arbeit mit Kunststoff und Metallen können auch Tone, Wachse oder Harze benutzt werden.
Dobrým příkladem je letadlo. Vyšší hmotnost znamená více leteckého paliva. Mit dem 3D Druck können geschwungene Strukturen jedoch viel leichter produziert werden. 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.
Důležitým krokem u 3D tisku je výroba na místě. Lze tak ušetřit dopravu na velké vzdálenosti, je nutné předávat pouze digitální informace.
Kann der 3D-Druck auch in der Baubranche eingesetzt werden? Wird dies das Bauwesen revolutionieren?
Ve stavebnictví je 3D tisk stále ještě v plenkách. Zatím není možné odhadnout, jak se tento trend bude v budoucnu vyvíjet.
Es gibt schon nachhaltigere Alternativen zum Baustoff Beton, wie Ton oder Lehm. Beim 3D-Druck wird der meistens flüssige Beton in Lagen aufgeschichtet. Das kann man sich wie bei einer Sahnetorte vorstellen, mit dem Druckknopf als Spritzbeutel. Ve stavebnictví již existuje několik projektů, které byly vytvořeny pomocí 3D tiskárny. Průkopnickými zeměmi jsou Čína, SAE a USA.
In Deutschland gibt es noch keine Normen und Standards für den 3D-Druck und daher noch wenige gedruckte Gebäude. Technická univerzita v Mnichově se však touto inovací zabývá již roky. Daher wurde in Deutschland eine Baugenehmigung für zwei gedruckte Gebäude mit mehreren Stockwerken ausgestellt wurde.
In Beckum in Nordrhein-Westfalen entsteht das erste Einfamilienhaus mit zwei Geschossen. Celkově to trvalo 100 hodin tisku.
In Wallenhausen in Bayern entsteht das erste Mehrfamilienhaus mit drei Stockwerken und insgesamt 380 m² Wohnfläche. Odborníci vyvinuli beton používaný přímo pro 3D tisk.
Eine große Herausforderung ist hierbei die Zusammensetzung. Die Unternehmen halten die Rezeptur noch geheim. Der Beton muss einige Voraussetzungen erfüllen: Als Frischbeton soll er zum einen pumpfähig sein. Měl by být dobře tvarovatelný, aby mohl být protlačen otvorem trysky. Die Zusammensetzung soll schnell erhärten, damit die Konstruktion nicht versagt, wenn eine neue Schicht auf den Wulst aufgetragen wird. 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. Damit aber gleichzeitig manuelle Arbeiten durchgeführt werden können, wird nur mit 25 Zentimeter pro Sekunde gedruckt, weshalb für einen Quadratmeter ungefähr fünf Minuten benötigt werden.
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. Die Innenseite wird nicht komplett mit Beton gefüllt, sondern mit einem Dämmmaterial ergänzt. Das ist leichter und verbraucht weniger Material.
Změní 3D tisk stavebnictví?
Teoreticky je mnoho výhod, díky nimž by se mohl 3D tisk ve stavebnictví prosadit.
Der 3D-Druck würde dem Fachkräftemangel entgegenwirken, weil viel weniger Fachkräfte gebraucht werden. 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. Anstelle von Beton arbeitet man hier mit natürlichem Schlamm. Als Beimischung werden Abfallprodukte aus der Reisherstellung genutzt. 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. Herkömmliche Technologien können nicht so programmiert werden, denn es wird keine Schalung benötigt. To dává architektům více možností, jak se vyjádřit.
Ist der 3D-Druck aber überhaupt möglich?
Překážky této technologie jsou ale převažující. Lidé musí nejprve 3D vytištěné domy přijmout. Vypadají velmi zvláštně s typickými proužky na stěnách. Dies wird wahrscheinlich noch dauern, wenn man andere Trends wie den Fertigteilbau betrachtet.
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.
In Krisengebieten wären 3D-Drucker vorteilhaft. Nach Naturkatastrophen könnte der Wiederaufbau schneller und kostengünstiger sein. Die Idee ist auch, dass in Entwicklungsländern mit Materialien vor Ort schneller und kostengünstiger gebaut werden könnte. In Ländern mit Krieg in der Nähe könnten schnell neue Gebäude erbaut werden, damit die Menschen nicht weit flüchten müssen und in ihrer Heimat bleiben können.
Allerdings kommen auch andere Hürden hinzu. 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. Allerdings benötigt man für den speziellen Druck auch viel mehr Zement, bei dessen Herstellung sehr viele Emissionen entstehen. 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.
Výsledek
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. Nachhaltigere Produkte, wie Lehm und Holz, müssen eingesetzt werden, damit die Klimakrise noch vermieden werden kann.
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.
Trotzdem geht die Entwicklung immer weiter und es bleibt spannend. Třeba se budou v budoucnu také tisknou pouze jednotlivé stavební díly v k tomu určených továrnách. Eine besonders spannende Innovation ist das Drucken auf dem Mars. Forscher haben dort Ton gefunden, mit dem man auch in den 3D-Druck gehen könnte.
