Vytiskni a bydli. Odborníci z ČVUT a TUL spojili své síly a stavebnictví je zase o kus blíže budovám tištěným technologií 3D tisku

Vědci z Českého vysokého učení technického v Praze a Technické univerzity v Liberci dnes v pražském Kloknerově ústavu ČVUT představili funkční zařízení pro 3D tisk z cementových směsí. Liberecká univerzita dodala do projektu tiskovou hlavu a testovací tiskové zařízení. Vyvíjí také robotické rameno, které ponese další generace tiskových hlav. Specialisté z laboratoře betonu Kloknerova ústavu pracují na vývoji cementových kompozitů ideálních pro tisk a poskytují cennou zpětnou vazbu pro úpravy 3D tiskárny – testbedu a tiskové hlavy.

Technická univerzita v Liberci (TUL) je garantem projektu 3D STAR, který si klade za cíl vyvinout robotické rameno, které bude možné jednoduše dopravit na stavbu a vytisknout s ním i několikapatrové budovy přímo na místě. „Navrhujeme mobilní robotické zařízení Printing Mantis, které se přemisťuje po staveništi a postupně zvládne tisknout jak svislé, tak vodorovné konstrukce,“ říká Jiří Suchomel z Fakulty umění a architektury TUL, duchovní otec projektu 3D STAR, na který univerzita získala dotaci z OP VVV.

Testovací zařízení s mobilní tiskovou hlavou už na TUL vyvinuli a další část jejího týmu vypracovala model robotického ramene, které dokáže opsat libovolnou křivku a má do budoucna tiskovou hlavu nést. Mezifakultní tým TUL spojil v projektu své síly s pražským ČVUT, konkrétně Kloknerovým ústavem, jehož pracovníci jsou specialisté z oblasti materiálového inženýrství a v tomto projektu cílí na beton a cementové směsi. Celý testbed byl do KÚ převezen, složen a zprovozněn. „Naším úkolem bylo vyvinout a dále optimalizovat cementové směsi pro toto konkrétní tiskové zařízení tak, abychom z procesu tisku do budoucna vyloučili další zásahy člověka. Složky je potřeba správně vybrat, namíchat, udržet během tisku optimální konzistenci cementového kompozitu a nastavit také vhodnou rychlost tisku v závislosti na aktuálních požadavcích pro konkrétní tištěnou konstrukci,“ říká David Čítek, vedoucí laboratoře betonu Oddělení experimentálních a měřicích metod Kloknerova ústavu ČVUT v Praze, a dodává: „Máme již zkušenosti s 3D tiskem a máme velmi slušnou materiálovou a technickou základnu. Z příkladů ze světa víme, že vhodný požadovaný cementový kompozit existuje, teď byl náš úkol tento materiál vyvinout a aplikovat.“ Vývoj směsi trval postupně asi 2 roky. Doladění optimální směsi odhaduje ještě na několik měsíců.

První experimenty už mají úspěšně za sebou, testbed nyní tiskne z cementového kompozitu o zrnitosti do 1 mm s přídavkem plastifikátoru a dalších modifikačních přísad. „V tiskové hlavě je při některých aplikacích nutné přidávat do směsi urychlovače tuhnutí, zajišťující okamžitou stabilitu při tisku složitějších prvků,“ popisuje dále David Čítek z Kloknerova ústavu ČVUT. Kromě samotného kompozitu podrobují odborníci z Kloknerova ústavu vytisknuté vzorky testování z hlediska maximálních zatížení, materiálových parametrů ale i trvanlivosti. Celý míchací a tiskový systém dokáže kontinuálně vytisknout betonový objekt o půdorysné velikosti 3 x 1,5 metru a výšky do asi 1 m.

„S kolegy z Kloknerova ústavu zkoušíme navrhovat i betony s příměsí kovových nebo polypropylenových vláken jako rozptýlenou výztuž pro zlepšení mechanických vlastností směsi,“ říká Vladislav Bureš z katedry nosných konstrukcí Fakulty umění a architektury TUL.

Projekt 3D Star byl zahájen v roce 2018 a končí v roce 2022 a jeho poskytovatelem je MŠMT. V rámci výzvy předaplikačního výzkumu, na který TUL získala dotaci přes 72,5 milionů korun, mají vědci ověřit hlavní principy fungování robotického ramene a jeho součástí a vytvořit funkční modely částí robota, v tomto případě tiskové hlavy, a pořídit a ověřit mají i vzorky tištěných stavebních konstrukcí.

„Pro dokončení skutečného zařízení pro tisk budov budou potřeba další prostředky. Očekáváme návaznost na Operační program Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost. Pro pokračování dobře nastartovaného vývoje je nezbytné nalezení ekonomicky silného průmyslového partnera, který vidí v této technologii budoucnost,“ uzavírá Petr Zelený z Fakulty strojní TUL, hlavní garant projektu.

Více informací o projektu najdete na http://3dstar.tul.cz/

České vysoké učení technické v Praze patří k největším a nejstarším technickým vysokým školám v Evropě. Podle Metodiky 2017+ je nejlepší českou technikou ve skupině hodnocených technických vysokých škol. V současné době má ČVUT osm fakult (stavební, strojní, elektrotechnická, jaderná a fyzikálně inženýrská, architektury, dopravní, biomedicínského inženýrství, informačních technologií). Studuje na něm přes 17 800 studentů. Pro akademický rok 2021/22 nabízí ČVUT svým studentům 227 akreditovaných studijních programů a z toho 94 v cizím jazyce. ČVUT vychovává odborníky v oblasti techniky, vědce a manažery se znalostí cizích jazyků, kteří jsou dynamičtí, flexibilní a dokáží se rychle přizpůsobovat požadavkům trhu.

Podle výsledků takzvaného škálování všech výzkumných organizací dle Metodiky 2017+, které schválila na konci března 2021 Rada pro výzkum, vývoj a inovace, bylo ČVUT hodnoceno ve skupině pěti technických vysokých škol a obdrželo nejvyšší hodnocení stupněm A. ČVUT v Praze je v současné době na následujících pozicích podle žebříčku QS World University Rankings, který hodnotil 1673 univerzit po celém světě. V celosvětovém žebříčku QS World University Rankings je ČVUT na 403. místě a na 12. pozici v regionálním hodnocení „Emerging Europe and Central Asia“. V rámci hodnocení pro „Engineering – Civil and Structural“ je ČVUT mezi 151. – 200. místem, v oblasti „Engineering – Mechanical“ na 201. – 250. místě, u „Engineering – Electrical“ na 201. až 250. pozici. V oblasti „Physics and Astronomy“ na 201. až 250. místě, „Natural Sciences“ jsou na 254. příčce. V oblasti „Computer Science and Information Systems“ je na 201. – 250. místě, v oblasti „Material Sciences“ na 301. až 350. místě, v oblasti „Mathematics“ na 351. až 400. místě a v oblasti „Engineering and Technology“ je ČVUT na 221. místě. Více na www.cvut.cz.

Technická univerzita v Liberci (TUL) byla založena roku 1953, v současnosti má 5200 studentů zapsaných na sedmi fakultách: strojní, textilní, přírodovědně-humanitní a pedagogické, na fakultě ekonomické, fakultě umění a architektury, fakultě mechatroniky, informatiky a mezioborových studií a nejmladší fakultě zdravotnických studií. Vedle fakult má TUL také vědecko-výzkumný ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace (CxI). Aktuální žebříček QS řadí TUL mezi 1300 nejlepších univerzit světa do ranku 801.–1000. Podle studie think-tanku IDEA při Národohospodářském ústavu AV ČR je TUL pátá mezi organizacemi a firmami s nejcitovanějšími patenty v ČR, mezi univerzitami je první. Více na www.tul.cz .

Autor fotografií: Ryszawy/ČVUT-VIC