späť na obsah časopisu

Vieme, že 3D tlač sa mnohokrát využíva v stavebníctve na tvorbu urbanistických a architektonických modelov. Táto technológia sa však čoraz častejšie vyskytuje aj v procese samotnej výstavby. V tomto článku sú zhrnuté najpopulárnejšie spôsoby 3D tlače v stavebníctve a typy používaných tlačiarní.

 Portálová tlačiareň [4]

3D tlač je metóda aditívnej výroby. Na celom svete sa využíva v rôznych druhoch priemyslu (automobilovom, leteckom, zdravotníckom atď.). Odvetvím, kde sa však doposiaľ nevyužíva na dennej báze, je práve stavebníctvo. Do stavebného priemyslu prináša vyššiu efektivitu pri práci hlavne vďaka svojej rýchlosti. Keďže nie je potrebné debnenie, významne sa zredukujú aj náklady. 3D tlač je presnejšia v porovnaní s klasicky využívanými technológiami a zároveň sa do architektonického návrhu vnáša vyšší stupeň voľnosti, keďže je jednoduché vytlačiť rôzne tvary [1, 2].

Na akom princípe funguje 3D tlač v stavebníctve?

3D tlač v stavebníctve využíva ako materiál na tlač cementové kompozity. Vhodný materiál musí spĺňať náročné požiadavky na vlastnosti. Konkrétne ide o čerpateľnosť, tlačiteľnosť, zhotoviteľnosť a spracovateľnosť. Prvým krokom pri 3D tlači je doprava zmesi potrubím do tlačovej hlavy. Na tento presun je potrebné čerpadlo a charakterizuje ho čerpateľnosť. Keď zmes dosiahne tlačovú hlavu, musí disponovať vhodnou tlačiteľnosťou. Materiál sa musí vyznačovať optimálnymi reologickými vlastnosťami, aby dokázal prejsť potrubiami, ale zároveň aby po vytlačení na vzduchu tuhol a tvrdol vhodnou rýchlosťou. Ďalšou vlastnosťou je zhotoviteľnosť, ktorú charakterizuje schopnosť jednotlivých vrstiev uniesť vlastnú hmotnosť aj hmotnosť nasledujúcich vrstiev. Poslednou vlastnosťou je spracovateľnosť zmesi, ktorá charakterizuje prepojenie, resp. súdržnosť jednotlivých vrstiev. Vytlačená vrstva materiálu musí byť po vytlačení natoľko pevná, aby si zachovala tvarovú stabilitu, a zároveň musí mať také vlastnosti, aby bolo možné jej prepojenie s ďalšou tlačenou vrstvou [3]. V prípade nesplnenia týchto parametrov by mohlo dôjsť ku kolapsu konštrukcie, ako znázorňuje aj obr. č. 1 [4].

Na dosiahnutie spomínaných vlastností okrem základných zložiek (cementu, piesku, vody) musí zmes obsahovať aj rôzne prísady a prímesi. Najčastejšie sa používajú superplastifikátory a regulátory tuhnutia a tvrdnutia. Okrem prísad a prímesí sa optimalizujú vlastnosti zmesí úpravou vodného súčiniteľa.

Metódy 3D tlače

V súčasnosti evidujeme vo svete 3 najčastejšie využívané metódy 3D tlače. Vo všeobecnosti rozdeľujeme technológie 3D tlače na tlač extrúziou materiálu na báze cementu a tlač s použitím materiálu na báze prášku. Základné rozdiely medzi metódami sú zhrnuté v tabuľke.

 

Metóda

Contour crafting

Concrete printing

D-Shape

Princíp

vytláčanie (extrúzia)

vytláčanie (extrúzia)

 

nanášanie

Suroviny

malta/cementový kompozit

malta/cementový kompozit

práškové materiály a spojivo

Viditeľná výška vrstvy

hladký povrch

4 – 6 mm

13 mm

Rýchlosť tlače

nízka

vysoká

stredná

Veľkosť tlače

veľké konštrukcie

veľké konštrukcie

menšie konštrukcie

 

Contour crafting (CC)

Technológiu vyvinul prof. Khoshnevis na Univerzite Južnej Kalifornie v USA. Princípom tlače je, že sa najskôr po vrstvách vytlačí obvodová konštrukcia a potom sa vyplní vzniknutý prázdny priestor. Ako výplň sa podľa najnovších výskumov môže použiť napríklad aj materiál s tepelnoizolačnými vlastnosťami, čím sa zlepšia vlastnosti konštrukcie ako celku. Keďže tlačená konštrukcia má na povrchu viditeľné vrstvy, prof. Khoshnevis vytvoril špeciálnu tlačovú hlavu s nainštalovaným párom hladičiek, ktoré popri tlačení automaticky uhládzajú povrch konštrukcie. Táto metóda sa zapojila aj do projektu NASA a pomocou nej sa plánuje budovať zázemie pre astronautov vo vesmíre [5]. Príklad tlačenej konštrukcie je na obr. č. 2 [6].

Concrete printing

Technológia vznikla v Anglicku na Univerzite v Loughborough. Na rozdiel od contour craftingu sa aj obvod, aj výplň konštrukcie tlačia súčasne. Takto je tlač rýchlejšia. Druhým rozdielom je finálny vzhľad povrchu. Keďže sa pri tejto technológii nepoužívajú hladičky, vrstvy tlačeného materiálu sú viditeľnejšie [7].


Článok dočítate v aktálnom čísle Eurostavu


Autor
Ing. Diana Fiľarská, prof. Ing. Stanislav Unčík, PhD.
Digitalizované ukážky časopisov
E-shop eurostav
Archbooks
YTONG