Stavebniny DEK a ČVUT vyvíjí robotického stavbaře. Unikátní technologie dokáže konstruovat stěny přímo v místě staveb. Společnost Podzimek se rovněž angažuje na poli „stavební budoucnosti“, respektive 3D tisku. Firma představila prototyp prvního vytištěného domku původní, ryze českou 3D tiskárnou.

Konstrukce hrubé stavby

Technici Atelieru DEK a katedry technologie staveb ČVUT úspěšně završili první fázi vývoje světově unikátní technologie výstavby svislých konstrukcí hrubé stavby DEKMATIC. Jejím cílem je konstruovat stěny přímo v místě staveb, a to automaticky s využitím průmyslových robotů a také za pomoci 3D tisku.

Vytištěný dům nebo robotický zedník? Díky technologii DEKMATIC už se nejedná o sci-fi. Hmatatelným výsledkem první fáze využití této technologie jsou stěny hrubé stavby jednopatrového domu, přičemž polovinu půdorysu robot přímo na staveništi vyzdil z běžných dutinových cihel spojovaných polyuretanovou pěnou a symetrickou druhou polovinu vytvořil technologií 3D tisku.

„V obou případech se jedná o první in-situ (z latiny „na místě“) roboticky vyzděnou, respektive 3D tištěnou konstrukci v reálném měřítku v Česku. Tím pádem se jedná o světově unikátní technologii umožňující robotické zdění i 3D tisk při pouhé výměně koncového zařízení na robotovi,“ popisuje manažer projektu za Atelier DEK Jan Matička s tím, že technologie DEKMATIC pracuje navíc až čtyřikrát rychleji než člověk a nepotřebuje žádnou pauzu, což může pomoci řešit problém s nedostatkem kvalifikovaných zaměstnanců. Nespornou výhodou také je, že robot může stejně kvalitně pracovat bez přestávky 24 hodin denně.

„Program pro robota v obou případech z 3D CAD modelu automaticky vytváří námi vyvinutý konvertor, stejně tak je schopen simulovat celý proces,“ říká Vjačeslav Usmanov, programátor katedry technologie staveb ČVUT. Roboticky zděná část hrubé stavby zaujímá půdorysnou plochu 8,5 krát 4 metry a je 2,75 metrů vysoká. Pro konstrukci byly užity standardní obvodové cihly tloušťky 44 centimetrů a jejich poloviční formát, tvarovky s izolantem do ostění oken a dveří a příčkovky tloušťky 11,5 centimetrů v plném i polovičním formátu. Tvar a celkové vnější rozměry 3D tištěné konstrukce jsou pak přibližně osově symetrické se zděnou částí s tím, že tloušťka vytištěných stěn je jednotných 20 centimetrů. Stěna vzniká vrstvu po vrstvě opisem unikátní smyčky umožňující vytvořit prakticky jakýkoliv půdorys stěny, včetně typických detailů a bez dodatečného ručního vkládání výztuže. „Pro 3D tisk používáme k tomuto účelu navrženou maltu, jejíž složení zajišťuje čerpatelnou konzistenci a zároveň tvarovou stabilitu po výstupu z trysky, a to i při růstu konstrukce do výšky“, uvádí Pavel Šafrata, specialista Atelieru DEK.

Robotizace však podle odborníků stále čelí několika technickým výzvám, které prozatím brání tomu, aby se jednalo o masově komerčně využitelný produkt. Jedním z nich je právě speciálně navržená malta pro 3D tisk. Tu by vývojáři chtěli od budoucna vyměnit za nízkocementové nebo bezcementové materiály a také očekávají celkové snížení ceny surovin při velkovýrobě. „Naproti tomu u zděné varianty bude třeba se vypořádat s nezanedbatelnými rozměrovými odchylkami standardních pálených cihel,“ dodává Jan Matička. Vývoj technologie probíhá za podpory TAČR.

Česká 3D tiskárna

Firmy Podzimek sídlí v Třešti už déle než 125 let, do jejich uskupení patří mimo jiné stavební firma Podzimek a synové s.r.o. a Strojírny Podzimek s.r.o., které se obě podílejí na projektu výzkumu a vývoje původní a zatím svým řešením unikátní 3D tiskárny pro tisk domů. Výzkum a vývoj probíhá již čtvrtým rokem a jeho prvotním impulsem bylo, kromě boomu 3D tisku obecně, i myšlenka majitele a jednatele firem Ing. Martina Podzimka na žádoucí posun ve stavebnictví směrem k automatizaci a robotizaci, ve kterých stavebnictví za strojírenstvím výrazně zaostává. Dalším motivem je stále palčivější potřeba nahrazení chybějící lidské řemeslné práce.

Aktuálně je vývoj ve stavu, že existuje nejen funkční první generaci tiskárny na principu portálového jeřábu, která je dle našich informací zatím jako jediná v ČR schopna vytisknout v kuse celý dům přímo na jeho finálním umístění. Společnost zdárně ukončila i prototyp prvního domku. V dalších fázích vývoje se chtějí soustředit na neustálé vylepšování technologie tisku, vlastností tiskové hmoty, která je rovněž původním produktem, a dalších aspektů 3D tisku těchto parametrů. Cílem je 3D tiskárna, která na libovolném místě dokáže vytisknout dům definovaných parametrů, při minimálním omezení povětrnostními vlivy a s minimálním zapojením lidské síly.

Tiskárna je umístěna v Třešti v areálu Strojíren Podzimek v Čenkovské ulici, Kromě firem Podzimek jsou zainteresování i odborní asistenti fakulty stavební a strojírenské ČVUT.

Na ČVUT se technologický pokrok ve stavebnictví neprojevuje pouze v rámci Stavebnictví 4.0. Ústav konstruování a částí strojů Fakulty strojní loni společně s odborníky z Fakulty stavební a společnostmi Strojírny Podzimek a Podzimek a Synové úspěšně otestoval 3D tiskárnu budov, kterou je možné na místě vytisknout celý dům. Byť nejde o první 3D vytištěnou budovu v ČR, 3D tiskárna vyvinutá ČVUT je jedna z mála na světě a první v ČR, která je schopná pracovat i ve venkovním prostředí bez ochranné stavby.

Úspěšné propojení teorie a praxe

Na Českém vysokém učení technickém (ČVUT) v Praze vzniklo Národní centrum Stavebnictví 4.0. Akademicko-průmyslová platforma má za cíl podporovat automatizaci, digitalizaci a enviromentální udržitelnost. Sídlit bude v budově Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) ČVUT.

Byly podepsány smlouvy o přistoupení s 18 partnery z řad spolupracujících firem a institucí. Nejde pouze o projekt pražské ČVUT, mezi signatáři jsou například také Fakulta stavební Vysokého učení technického v Brně, Fakulta stavební Vysoké školy báňské-Technické univerzity Ostrava, Svaz podnikatelů ve stavebnictví, Ředitelství silnic a dálnic nebo některé stavební společnosti.

„Vzhledem k nesourodosti činností i technologické náročnosti procesů ve stavebnictví se zdály myšlenky na digitalizaci tohoto oboru jako utopie. Po počátečních testech jsme ale nakonec zvládli i mokré procesy spojování stavebních dílců v měřítku jedna k jedné,“ řekl ředitel Národního centra Stavebnictví 4.0 Radoslav Sovják.

Za mokrý způsob stavění je označována výstavba přímo na místě za použití malty, cihel a jiných typů stavebnin. V kontrastu s mokrým způsobem je za suchý způsob označována stavba za využití prefabrikovaných konstrukcí, které jsou obvykle sériově vyráběny.

Platforma bude fungovat v rámci Národního centra Průmyslu 4.0. „Stavebnictví 4.0 bude využívat a navazovat na postupy a principy ověřené Průmyslem 4.0. Za dobu našeho působení jsme vybudovali nejen značku, ale především unikátní ekosystém a know-how, které je do stavebnictví přirozeně přenositelné,“ uvedl ředitel Národního centra Průmyslu 4.0 Jaroslav Lískovec.

-jik-