Sciencemag.cz
Doporučujeme
Tým vědců vyvíjí unikátní robotické rameno pro 3D tisk ve stavebnictví. Robotické zařízení bude schopné tisknout i rozsáhlé nebo vícepodlažní budovy. Testy už začaly a univerzita usiluje o patentovou ochranu technologie.
Stroj bude tisknout přímo na staveništi
3D tisk se dnes uplatňuje v řadě odvětví, ve stavebnictví je ale zatím ve fázi pokusů. Existují jen experimentální stavby často sestavené z prefabrikátů vytištěných ve výrobní hale. Robot z TUL je navržen tak, aby tiskl přímo na staveništi, kam ho bude možné převézt bez použití robustní dopravní techniky.
„Navrhujeme mobilní robotické zařízení, které se přemisťuje po staveništi a postupně zvládne tisknout jak svislé, tak vodorovné konstrukce,“ říká Jiří Suchomel z Fakulty umění a architektury TUL a upozorňuje tím na to, že ve světě užívané průmyslové roboty tisk stropů a střešních konstrukcí nerealizují.
Výzkumný úkol řeší společně vědecké týmy z fakulty umění a architektury, fakulty textilní, fakulty strojní (FS) a fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií (FM). Zapojily se i Ústav teorie informace a automatizace AV ČR, v.v.i., a Kloknerův ústav ČVUT v Praze.
Zařízení míří na testy do Kloknerova ústavu
TestBed zkonstruoval a vyzkoušel tým FM a FS. Laboratoř je ale nízká, a tak stroj převezou v pondělí 18. května na mnohaměsíční testování do Kloknerova ústavu.
„Kolegové se tam budou zabývat mimo jiné vývojem cementové směsi a vhodných konstrukcí pro tisk. Materiál je alfou a omegou tohoto tisku. Musí totiž tuhnout dostatečně rychle, aby se vrstvy nebortily, ale zároveň, aby se spojovaly,“ říká za vědecký tým fakulty mechatroniky Leoš Beran. Dodává, že v Kloknerově ústavu podrobí zkouškám celý TestBed, včetně trysky, dále průběh tisku a otestují i mechanické vlastnosti částí vytištěných z různých typů směsí.
Na fakultě strojní řeší nyní mimo jiné konstrukci tiskové hlavy, která bude sloužit pro vytlačování cementové směsi. „K úpravám na konstrukci tiskové hlavy dochází, jak se postupně seznamujeme s problematikou tiskových směsí – jejich tekutostí nebo rychlostí tuhnutí,“ říká Petr Zelený, vedoucí katedry výrobních systémů a automatizace FS TUL.
Tisk na stavbě zajistí robotické rameno
Tisk na staveništi až do vzdálenosti 5,6 metru a výšky 3,2 metru bude zajišťovat otočné a posuvné robotické rameno. Zatím naši vědci vyvinuli model tohoto ramene v měřítku 1:4 a na něm si už ověřili, že rameno dokáže opsat jakoukoliv křivku. „Architekti požadují, aby bylo možné tisknout stěny s prakticky libovolnou půdorysnou křivostí, která se může velmi rychle měnit. Včetně přerušování tisku a vzniku ostrých zlomů,“ upřesňuje Václav Záda z FM, jeden z hlavních autorů tiskového robota.
„Výhodou této konstrukce je, že když je potřeba na krátkou chvíli zastavit koncový efektor, například v bodě zlomu, mohou se ostatní články robota po tu krátkou dobu stále pohybovat. Tím se neztrácí kinetická energie ramene, která bude u velkého zařízení nezanedbatelná. Ostatní stroje toto neumí,“ vysvětluje docent Záda.
3D tisk umožňuje šetřit materiál i životní prostředí
„Výroba cementu představuje velkou zátěž pro životní prostředí, a navíc nám docházejí potřebné suroviny, jako je kamenivo a štěrky. My chceme stavět lehké tenkostěnné betonové a nekonvenčně vyztužené konstrukce, které spotřebu materiálu značně sníží,“ přibližuje profesor Suchomel. Očekává, že podobný tisk přinese do architektury i větší rozmanitost: „Tato technologie totiž umožňuje tisk komplikovaných tvarů a dokáže vyhovět i náročným a neobvyklým požadavkům.“
Tým chce navíc dosáhnout tiskové přesnosti dvou až tří milimetrů, která není ve stavebnictví běžná.
Vytisknuté díly se sestaví jako lego
Podle Jiřího Suchomela se díky 3D tisku budou objekty sestavovat z jednotlivých částí jako velké lego. „Některé části konstrukce, zejména svislé stěny, zvládneme vytisknout v konečném umístění. Vodorovné části vytiskneme na zemi a přeneseme na místo. Vše přímo na staveništi,“ předjímá profesor Suchomel.
Podle něj bude ale zapotřebí vyřešit také otázku legislativy. Dodnes totiž neexistují stavební předpisy pro tištěné konstrukce.
Na projekt liberecké univerzity 3D Star, jehož cílem je metoda postupného tisku rozsáhlejších a také vícepodlažních budov přímo na místě, plynou peníze z Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání. Předaplikační výzkum získal 72, 6 milionu korun. Příspěvek z EU činí 61, 7 milionu. Projekt očekává návaznost na Operační program Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost. Ten už řeší zavedení výsledků vývoje na trh a tisknutí skutečných domů. Nezbytné by pak bylo nalezení ekonomicky silného průmyslového partnera.
