Téma

Místo cihel a zedníků nastupují 3D tiskárny a nové materiály

Domy vytištěné pomocí 3D tiskáren se pomalu stávají realitou. Využití technologie, která umožňuje zajímavá designová řešení, by časem mohlo stavby nejen zlevnit, ale také omezit plýtvání materiálem. 3D tisk se neomezuje zdaleka jen na beton. Otevírá možnosti využití nových materiálů, ať už jde o obyčejnou hlínu, recyklované plasty, nebo odpadní papír. A co takový dům z kravských výkalů?

Místo cihel a zedníků nastupují 3D tiskárny a nové materiály
Místo cihel a zedníků nastupují 3D tiskárny a nové materiály

Text: Kateřina Hubertová • Foto: Omlab

Technologie 3D tisku se úspěšně uplatňuje v mnoha oborech, a tak se potřebné softwarové technologie rychle rozvíjejí. Ve stavebnictví představují velkou výzvu rozměry výsledných objektů. Využívají se dva druhy tiskáren, buď ty připojené k robotickému rameni, které staví projekt přímo na místě, nebo rámové tiskárny v továrnách. Ty fungují na podobném principu jako stolní 3D tiskárny, jen ve větším měřítku. Vyrobí jednotlivé díly, které se pak na místě stavby sestaví jako velké lego.

První dům z betonu vytiskli v Holandsku

Nejčastěji využívaným materiálem pro 3D tisk ve stavebnictví je speciální typ betonu s kompozitní směsí, který je oproti běžnému betonu silnější a samonosný. Na jednu stranu musí být snadno čerpatelný a vytlačitelný, na druhou stranu musí rychle tuhnout, aby se při ukládání směs neroztékala.

Jako první, díky svým nevelkým rozměrům, se na 3D tiskárnách začaly vyrábět různé prvky městského mobiliáře, lavičky, stolky nebo prvky hřišť. První zkolaudovaný a obývaný dům vytvořila v roce 2021 technická univerzita v holandském Eindhovenu ve spolupráci s výrobcem stavebního materiálu Saint Gobain Weber.

Vytištěný dům v Eindhovenu. Zdroj: Deezen

3D tisk budov proniká i do Česka

Technologie 3D tisku se postupně prosazuje také u nás. Prvním českým tištěným domem se stal Prvok od českobudějovického sochařsko-architektonického ateliéru Scoolpt. Organicky tvarovaný dům, který byl vytištěn za necelý den, mohli v roce 2020 kolemjdoucí obdivovat na pontonu u pražské náplavky. Později se přesunul do jižních Čech, kde je nyní možné se v něm ubytovat. Dům je navržen tak, aby vydržel minimálně sto let. Poté bude možné materiál využít k opětovnému tisku. Ateliér Scoolpt stojí i za různými drobnějšími tištěnými projekty, jako jsou interiéry barů či obchodů nebo venkovní nábytek ve veřejném prostoru.

Ubytování v domu Prvok je možné rezervovat zde. Zdroj: Wikimedia, Foto: Jáchym Vrecion

Další posun v možnostech 3D tisku se podařil odborníkům z ČVUT ve spolupráci se stavební společností Podzimek a synové. Ti využili přímo na staveništi rámovou tiskárnu, která se používá spíš pro tisk jednotlivých dílů v továrnách. Tiskárna díky svým rozměrům tentokrát místo jednotlivých dílů vytiskla najednou celý dům. Součástí netradičního postupu byl i způsob práce s tiskovou hmotou, u níž lze ovlivnit dobu nástupu tuhnutí.

Ve velkém se chystají domy na 3D tiskárnách vyrábět na Vysočině. Farma na tisk betonu firmy ICE Coral ze Žďáru nad Sázavou, která patří mezi deset největších tiskáren betonu na světě, vytváří nejen městský mobiliář, ale také moduly domů. Nejde přitom jen o malé obytné domky, v letošním roce tu plánují vytisknout celou školní budovu.

Tisk v ICE Coral, Zdroj: ICE Coral

V ICE Coralu dokázali také rychle reagovat na aktuální situaci a po vypuknutí války na Ukrajině začali tisknout betonové zátarasy. Jedna zábrana, která odolá třeba i protitankové střele, je vytištěná za dvacet minut a na místě stačí její dutý střed vyplnit pískem. Na Ukrajinu plánuje žďárská firma poslat i samotné 3D tiskárny. Zátarasy tak bude možné tisknout v blízkosti bojiště. Později pak může nová technologie ve válkou zničené zemi pomoci vyrábět také rychlou náhradu za některé zničené budovy.

S technologií 3D tisku experimentuje i pražský dopravní podnik. Ten koncem loňského léta umístil přístřešek vytištěný z betonu na tramvajovou zastávku Výstaviště. Přístřešek složený z dílů vyrobených různými metodami 3D tisku vznikl v dílnách společnosti So Concrete za necelých čtyřicet hodin.

Nejde jen o beton

K výhodám 3D tisku patří, že oproti běžným stavebním postupům produkuje nižší množství odpadu. Snížení dopadů betonových produktů na životní prostředí lze dosáhnout také využitím recyklovaného kameniva. Zpracovat do plniva lze i betonový stavební odpad, zbytky cihel, malty, omítek či keramických výrobků.

Nevyužitý materiál lze rovněž recyklovat, což opět vede k dalšímu snížení dopadů na životní prostředí. Bonusem navíc je u 3D tisku velký potenciál pro využívání ekologických materiálů, ať už jde o recyklovaný beton, plast, celulózu z čistíren odpadních vod nebo přírodní materiály.

Technologie 3D tisku. Zdroj: Archdaily

Alternativní surovinou běžnému betonu je pak polymerní beton, který vzniká na bázi odpadních recyklovaných plastů. Ty doplňuje plnivo, nejčastěji písek nebo drcené odpadní sklo. Výsledný produkt je voděodolný a pevný, využít se dá třeba na venkovní mobiliář.

Tiskárny umějí zpracovat i obyčejnou hlínu. Důkazem je dům Tecla v italské obci Massa Lombarda. Architekt Mario Cucinella při jeho konstrukci vycházel z tradičních stavebních postupů a k tisku použil tamější zeminu, aby minimalizoval množství odpadu i vyprodukovaných emisí. Tvar domu je navržený tak, aby optimalizoval tepelnou izolaci a větrání.

Dům v Massa Lombarda vytištěný z hlíny v roce 2021. Zdroj: Wikimedia

Zbytky z čističek, městský odpad i kravský trus

Nizozemské studio Omlab se zabývá výzkumem obnovitelných přírodních materiálů a pro 3D tisk vyvíjí materiály, které vznikají z odpadů. Cirkulární zdroje hledá například v úpravnách vody a nachází využití pro recyklovanou celulózu¹ získanou ze zachyceného toaletního papíru. Právě z tohoto zdánlivě nevyužitelného materiálu v Omlabu vytvořili tiskovou hmotu, která není o nic méně pevná než beton. Kromě zmíněné celulózy používají k její výrobě uhličitan vápenatý, kaumeru, což je nový biologický materiál vyrobený z kalových granulí, a samozřejmě vodu. Jílovitá pasta smíchaná z těchto surovin a vytlačená tiskovou hlavou po dvou dnech sušení představuje prodyšný materiál, který působí jako kámen nebo keramika.

Studio Omlab, Number Two. 3D tisk z materiálu z odpadní celulózy, uhličitanu vápenatého a Kaumery. Foto: About.today

Z Holandska pochází také start-up s názvem Dungse, který se zaměřuje na využití kravského trusu. Pasta z bahna a kravského hnoje se využívá při stavbě domů například ve venkovských oblastech Indie. Inspirováni tradičními postupy vyvíjejí v Dungse kompozitní materiál, který využívá přebytečný kravský trus z intenzivního holandského zemědělství. Do roku 2024 plánují z nové hmoty vytisknout první malý domek.

Interiér vytvořený studiem Blast. Zdroj: Blast Studio

Na běžný městský odpad se zaměřili v londýnském studiu Blast. Kelímky od kávy, krabice od pizzy a další obaly, stejně jako piliny a drobný dřevěný odpad mění na biomateriál vhodný pro 3D tisk. Touto metodou vznikají zajímavé sochy inspirované přírodními tvary, nábytek či prvky dále využitelné v architektuře. Materiál je také přizpůsobený pro soužití s rostlinami a houbami, které se dokonce dokážou z tohoto biomateriálu živit a spokojeně na něm růst.

Tištěné domy míří i do vesmíru

Technologie 3D tisku je poměrně nová a jistě lze očekávat, že přinese i nové výzvy, například nutnost řešit využití rychle se rozšiřující palety materiálů pro tisk v kombinaci s klasickými stavebními prvky a začlenění novinek do příslušných předpisů, aby bylo možné vytištěné budovy zkolaudovat a běžně používat. Rychlost, přesnost, úspora nákladů i šetrnost k životnímu prostředí jsou však na straně nové technologie a její budoucnost se neomezuje jen na naši planetu. V NASA už mají jasno a vytiskli si 3D obydlí k simulaci pobytu na Marsu. Důvod je nasnadě - případná výstavba základen na jiných planetách se bez 3D tisku z místních zdrojů neobejde.

Poznámky:

¹ Recell