Jiří Suchomel: Pokud chcete ovlivnit současné stavebnictví, musíte začít od betonu
Liberecká univerzita T-UNI ve spolupráci s Kloknerovým ústavem ČVUT pracuje na vývoji technologie, která by umožnila vytisknout téměř jakoukoliv stavbu přímo na staveništi pouze za pomoci relativně drobného robota. Je tato technologie budoucností ve stavebnictví? Přinášíme vám rozsáhlý rozhovor s architektem a iniciátorem celého výzkumu prof. Jiřím Suchomelem a doktorandem Vojtěchem Janem Stoklasou.
Jak dlouho se věnujete výzkumu 3D tisku?
Jiří Suchomel: Nejprve šlo jen o letmý zájem. Před pěti lety se nám v Liberci podařilo dát dohromady potřebný tým. Já jsem celý projekt více méně inicioval, snažil se ho pak koordinovat a sledovat vzájemné vztahy mezi specializovanými pracovištěmi a lidmi, kteří se zabývají dílčími úkoly. Odjakživa mě zajímalo sledovat nové technologie, přestože jsem většinu své profesní dráhy prožil v klasických souvislostech. Pochopitelně mě jako architekta zajímal hlavně finální výsledek a jeho možné praktické využití.
Odkud nápad na 3D tisk na stavbách pochází?
JS:Úplně první podobné experimenty se dají najít v 30. letech v USA, dnešní rozvoj ale přinesl až nástup digitálních technologií.
Jaký bude mít 3D tisk přímo na stavbě dopad na architekturu?
JS: Líbí se nám představa, že se po světě nebudou muset vozit žádné velké díly, stačí směs a všechno vzniká na stavbě. Nikde ale není řečeno, že to bude vždy optimální řešení. Samozřejmě jsou situace, kdy je prefabrikace ve výrobě na místě. Záměna tradičního vylévání jednotlivých dílů do bednění za tisk přináší například možnost inteligentnějších, mnohdy zajímavějších tvarů, odpadá potřeba bednění a může klesnout i úrazovost na stavbách.
Možnosti vámi vyvíjené technologie se zdají být téměř neomezené. Je to pravda?
JS: Jako každá technologie i tato nese nějaké výhody a nevýhody. Není to zázračný prostředek, který dovoluje vyřešit všechno a dosáhnout absolutně libovolného výsledku. Síly jako zemská gravitace stále fungují, ať se to lidem líbí či nelíbí. Určité vlastnosti betonu se zkrátka nedají oddiskutovat, i když se dají ovlivnit.
Vojtěch Jan Stoklasa: Stavitelství se podle mě nachází ve vyhlížející krizi, ve smyslu přibližujícího se nedostatku betonu. Na světě ubývá písek a jednou prostě dojde. Výroba cementu je energeticky velmi náročná. Když vylijete z betonu konstrukci, tak množství použitého materiálu je třikrát větší, než by stačilo. V jakémkoliv odvětví stavitelství najdete vždy beton. Má řadu dobrých vlastností, které zkrátka nic nedokáže překonat. Používat alternativy je o hodně komplikovanější.
JS: Víte, řada pramenů uvádí, že beton je po vodě druhým nejpoužívanějším materiálem na světě. To jsou statistická zjištění. Existují končiny, o kterých toho moc nevíme. V Číně spotřebovali za tři roky více betonu, než v Americe za celé 20. století. V globálním měřítku spotřeba betonu roste.
Existuje výzkum, který v ohledu materiálů hledí do budoucna ještě o poznání více?
JS:Dnes rozšiřujeme spektrum našeho zájmu o geopolymery – zatím poněkud dražší než vysoko pevnostní betonové směsi, ze kterých momentálně tiskneme. Abych přiblížil, co jsou vlastně zač, tak hodně ze široka by se dalo říci, že jde o anorganické polymerní materiály. Mají výhodu, že nepotřebují klasický cement, což znamená, že jsou z hlediska ekologického dopadu na životní prostředí méně problematické. Geopolymery se začneme zabývat v příštích měsících.
VJS: Velkou nadějí jsou také ostatní polymery. Řada z nich nabízí sice stoprocentní recyklovatelnost, ale jako stavební materiál nejsou tak dlouhodobě stabilní. Zatím jim chybí mechanické pevnostní vlastnosti, které jsou potřeba. Vývoj je opravdu ve velkých začátcích.
JS: Můžete z nich stavět různé výstavní objekty, demonstrátory, přístřešky, síťky, možná venkovní nábytek, ale že by z toho šel postavit třípodlažní dům, to zatím nikoliv. Polymery přenechávám mladší generaci (smích). V každém případě mají nevýhodu, že jsou hořlavé. Výstupy jsou hodně tenkostěnné, což znamená, že to do budoucna bude obnášet akustické problémy. Podobné požadavky není možné jen tak smést rukou ze stolu. Pokud chcete ovlivnit současné stavebnictví, tak musíte začít od betonu.
Před sebou vidíme elegantního modrého robota…
JS: Ano, kolegové strojaři se předvedli na jeho topologické optimalizaci. Jedním z hlavních úkolů při tvorbě tohoto ramena bylo jeho odlehčení. První možností se jevila příhradová konstrukce, ale nakonec je vyroben obráběním z hliníkového masivu. Snažíme se docílit nejmožnější nejmenší váhy s maximální tuhostí.
…prozradíte mi, jak funguje?
JS: Zařízení je založené na principu SCARA (z angl. zkratky Selective Compliant Articulated Robot Arm - pozn. red.), jedná se o ramena pohybující se ve vodorovné rovině. Běžný SCARA systém má dva díly ramena… My máme tři. Umožňuje to větší míru pohyblivosti celku, protože při tisku nastávají situace, kdy je nutné rychle změnit směr, zastavit, couvat, zahnout do pravého úhlu… Snažíme se dosáhnout toho, aby byl koncový bod umisťovaný přesně, víceméně jako všechna strojařská ramena. Robot se umí pohybovat tak, že i když koncový bod stojí, tak se jednotlivé díly ramena mohou hýbat. Čili rameno má nekonečný možný počet způsobu tvarování. Princip SCARA oproti strojírenským robotům funguje tak, že se jeho rameno vyzdvihne do určité výšky a pak se pohybuje jen vodorovně.
Jaká je současná přesnost tisku?
JS: Podle měření na tomto polovičním modelu činí odchylka 2 - 3 milimetry. To je sice fajn, stejně velkou odchylku ale požadujeme i od finálního zařízení, které bude dvakrát větší. Oproti zedníkům je to pořád přesnější, jenže pro naše tenkostěnné betonové konstrukce, které od stroje požadujeme, je 6 milimetrů absolutní maximum.
Jak to vypadá s vyztužováním tištěné konstrukce?
JS: Armatura (betonářská výstužná vložka - pozn. red.) je současně velkým limitem. Vždy ale existuje rezerva, že se vytištěná konstrukce může použít jako ztracené bednění a klasickým způsobem vyztužit a zabetonovat, kdyby to bylo hodně potřeba. Není to pro nás sice ideál, ale jistá možnost poslední záchrany.
VJS: U vodorovných nosníků je armatura potřeba, ale nejde do toho zatím vkládat strojně. Pokud to vyřešíme, tak to změní spoustu věcí.
Jak je výzkum v současné době daleko?
JS: Zatím jsme se pohybovali v počáteční fázi dílčích problémů výroby. Ke stavbám jsme se ještě nedostali. Já z projektu už odcházím, přenechávám ho mladší generaci. Agendu přebírá náš šéf katedry nosných konstrukcí pan Ing. Vladislav Bureš, který povede výzkum dál.
