Městský mobiliář, rodinný dům, ale i vojenské bunkry. 3D tisk z betonu si hledá svou cestu ve stavebnictví

BRNO – Jak uchopit nové možnosti, které do stavebnictví přináší 3D tisk? A jak dlouho by trvalo postavit si vlastní 3D tištěný dům? Nejen o tom jsme si povídali s architektem Michalem Mačudou z firmy ICE Industrial services, která 3D tiskárny na beton vyvíjí. 

Na vašem LinkedInu se můžeme dočíst, že jste 3DCP architekt, vysvětlíte mi, prosím, na úvod, co zkratka znamená? 

Pod zkratkou se skrývají slova 3D concrete printing architect, což je aktuálně má specializace. Podílím se na vývoji i na přípravě návrhů pro tisk, je to poměrně specifická disciplína.  

Většina čtenářů patrně viděla tisk na běžné stolní 3D tiskárně, popíšete nám, jak vypadá 3D tisk betonu? Je v tom zásadní rozdíl?

Ten princip je stejný. Součástí tiskárny je vždy zásobník materiálu a dále něco, čemu říkáme aplikátor, což je v našem případě robotické rameno nebo se může jednat o systém pojezdů. Dále je to tisková hlava, ze které materiál vychází, a ukládá se do požadovaného tvaru. 

V tomto je to velmi podobné, hlavním rozdílem je, že při práci s betonem operujeme s velkým objemem materiálu. V betonu také probíhají určité chemické reakce, takže je tam zapotřebí expertíza materiálové oblasti. 

Zastavme se u fáze přípravy 3D tisku, jakým způsobem probíhá? Jaké jsou limity 3D tisku, které musíte zohlednit ještě než začnete tisknout?

Řeknu to velmi zjednodušeně. Vy přijdete a řeknete, že chcete vytisknout určitý objekt. Já si od vás převezmu data, model, a je na mě, abych vytvořil kód pro robota tak, aby požadovaný tvar byl schopen vytisknout. Jedná se vlastně o soubor bodů, kterými robot v průběhu tisku projíždí. Ale já například vím, že není možné vytisknout určitý úhel, že budu potřebovat podpůrnou konstrukci. Je tam mnoho specifik, která tvar vyžaduje, a to začnu dávat dohromady. 

Asi nejzásadnější je stabilita tisku než zatvrdne, takže je zapotřebí promyslet náklony, aby nedošlo ke zhroucení tisku, protože v momentu vytištění má ještě nulovou pevnost v tahu. Paradoxně nejnáročnější na tisk je přímka, beton je plastický a jakmile začnete stavět přímku nebo přímku s mírným náklonem, začne se deformovat. Když tisknu vlnovku, ta drží lépe. 

Tisk z betonu otevírá nové možnosti automatizace stavební výroby. Jak si ho můžeme představit v praxi ve stavebnictví? V případě staveb, tiskne se na místě nebo v továrně vznikají komponenty, které je následně třeba převézt? 

Předně je třeba říci, že využití 3D tisku z betonu ve stavebnictví je velmi mladý obor. Tiskárny produkuje pouze pár výrobců, takže firem, které tisknou, ještě není mnoho. V této fázi se také zkouší různé technologie výroby. To, co používáme my v ICE Industrial Services ve Žďáru, je tiskárna  s pásovým podvozkem. Tiskárna je opatřena robotickým ramenem s dosahem kolem pěti metrů. Na konci tohoto ramene je umístěná tisková hlava. S tiskárnou jsme schopni dojet na danou pozici, takže můžeme tisknout na místě, obvykle ale volíme cestu tisku u nás a následný transport dílů. 

Kolik lidí je k procesu tisku potřeba? 

Pokud je vše dobře připravené, celý proces obsluhují dva lidé. Jednak operátor, který obsluhuje tablet a kontroluje robota, a pak další člověk, který mu beton dávkuje do míchadla. Je to velmi efektivní. Když vytváříme zeď, která je pět metrů dlouhá a tři metry vysoká, zabere to cca hodinu. 

Jste ve fázi intenzivního vývoje. Dá se už teď říci, že by technologie byla vhodná pro určitý typ staveb?

Jsme stále ve fázi, kdy hledáme nejvhodnější způsob využití. Zásadním aspektem je zde i změna filozofie výroby. V dnešní době, kdy zde máme přes sto let zprůmyslněné stavebnictví, se využívají velmi přesně vyrobené prvky jako jsou cihly, okna, tašky a podobně. A s tím souvisí fakt, že je zároveň problematické vytvářet atypické tvary. My se snažíme demonstrovat, co tiskárna oproti tradičnímu průmyslu umí lépe. Hledáme niky, kde je buďto potřeba něco vytvořit a tradičními způsoby je to velmi drahé, nebo je to umělecká sféra, kdy si můžete dovolit jiné tvarování. 

Abych to shrnul, zatím si myslím, že se technologie dá použít kdekoliv, občas ovšem narážíme na legislativní bariéry. Legislativa zatím úplně nezná 3D tištěné konstrukce, je zapotřebí vymyslet stavební detaily, vyřešit napojení na další stavební prvky, také se stále řeší materiály. To se netýká jen České republiky, ale celého světa. 

V roce 2022 jste na Designbloku představili tištěný pavilon, o kterém jsme psali v loňském článku. Dá se ta konstrukce znovu sestavit? A kde je pavilonu dnes konec? 

Projekt na Designblok, to byl pavilonek s rozměry 4x4 metry složený ze šestnácti kusů. Jednotlivé kusy jsme vytiskli u nás ve firmě ve Žďáru nad Sázavou, převezli je do Prahy a tam sestavili. Pavilon stál půl roku v zahradě Uměleckoprůmyslového muzea, pak jsme ho museli odstranit, následně putoval zpět do Žďáru, kde byl půl roku vystavený před Žďárským zámkem. Následně se přesunul za zámek, ovšem kvůli památkářům jsme ho po čase museli demontovat. Teď leží složený vedle sídla naší firmy a rádi bychom pro něj našli trvalé umístění. 

Kde najdeme vaše další realizace? 

Tím centrem je dnes asi Žďár, kde máme cvičnou venkovní plochu, kam se může veřejnost podívat. Nedávno jsme dokončili prvky pro zázemí pražské Skansky, to bohužel není veřejně přístupná stavba, jedná se o záchod s umyvadlem. Rozvíjí se nám parkourové hřiště, což je zajímavé téma městského mobiliáře, vytvořili jsme jedno i pro olympijskou vesničku v Mostě. Svého času jsme měli i vojenské odvětví výroby, jednali jsme o tom, že bychom dodávali do armády. V Čáslavi na letecké základně stojí dva bunkry, které mají i požadovanou certifikaci.  Teď dokončujeme dvě velké realizace, ale o tom bohužel zatím nemohu mluvit. 

Co vy sám byste rád touto technologií rád postavil?

Velmi doufám, že si s manželkou, která je také architektka, postavíme vlastní dům. 

Jak dlouho by stavba takového domu trvala? 

Vezmu to postupně. Myslím si, že čas potřebný na samotný tisk by byl maximálně čtrnáct dní. Druhá věc je, co pak s těmi výtisky musíte udělat, abyste dům dokončili. Já bych svůj dům netiskl přímo na místě, ale využil bych prefabrikovaný systém. Už jsem o tom přemýšlel, bylo by to kolem dvaceti stěn vytištěných na hale. Následně by se stěny musely vyzbrojit železem a udělat průchodky na elektriku, načež je potřeba to zalít, a následuje určitá doba zrání. Takže měsíc, měsíc a půl proces přípravy stěn, mezitím bych si na pozemku připravil patky. Pak by přijel jeřáb a během týdne by to bylo sestavené, osazené a začalo by nasazování oken, dělání podlah a tyto práce. 

Máte představu o podobě domu? Váš pavilon na Designbloku měl velmi organické tvary. 

Díky této technologii je možné hodně tvarovat reliéfy, pohledové strany. 3D tištěné betony působí vizuálně daleko lehčeji než například pohledový litý železobeton, je to trošku jiná hra. Uvnitř bych chtěl dům obložit dřevem. Tak uvidíme. 

Co se týká způsobu architektonického navrhování, hovoříte o změně paradigmatu, v čem je v případě využití 3D tisku jiný? 

Stále není zcela jasné, jak má vypadat 3D tištěná architektura, protože imitovat způsob, jakým se staví dům z prefabrikovaných prvků, nedává smysl. Je to zásadně jiná technologie, hledáte, jaký bude mít výraz, co bude umět. Kladete si otázku, jak se to má tvarovat. 

Když jsme naposledy v architektuře něco tvarovali, stavěli jsme na symbolicko-sémiotickém systému, který se používal od renesance, načež jsme přešli na modernu, začali jsme dělat rovné stěny a používat abstraktní estetiku. Teď najednou můžeme začít tvarovat a říkáme si, od čeho se to má odvinout? Bude to reakce na přírodní podmínky? Bude to integrace do kontextu? Bude to sochařství? Budete se snažit vyjádřit spíš konceptuální věci? 

Přijde mi, že se tu vracíme k základním otázkám. Jak architektura funguje? Jak funguje s novou technologií? A jak se dokáže vyjadřovat? Po celém světě vznikají různé 3D tištěné stavby, ale neuvědomuji si, že by zatím vzniklo něco, co by se stalo takovou ikonou, že by si všichni řekli, ano, tohle je 3D tisk, tímhle směrem všichni půjdeme, to ne. Všichni stále hledáme. 

Michal Mačuda