Proč ne?! 3D tisk pohledem italského architekta působícího na ČVUT v Praze

Člověk se vždycky bál toho, co nezná, a přesto dnes žijeme a těšíme se z úsilí těch několika vizionářů, kteří byli silnější a odhodlanější než lidé, kteří se jim vysmívali a nikdy jim nepomohli.

V dřívějších dobách museli géni­ové jako třeba Galileo Galilei či Albert Einstein neustále bojovat proti zpátečníkům, kteří zčásti ze strachu, zčásti kvůli mentální omezenosti nedokázali pochopit, že věci se mění a že ve způsobu bytí můžeme vždy pokročit. Abychom nechodili tak daleko, mnozí si vzpomenou na rozhovor Billa Gatese v Lettermanově pořadu v roce 1995, kde vysvětloval myšlenku internetu a také to, že lidé nechápou potenciál nástroje, který změní svět. A dnes se bez internetu obejde jen málokdo.

Jak je možné, že digitalizace a robotizace jsou dnes přítomny v mnoha výrobních procesech a ve stavebnictví se stále ještě těžko „rozjíždí“? Přitom už Henry Ford na počátku 20. století ukázal, jak může montážní proces změnit trh díky standardizaci některých procesů. V době, kdy mluvíme o létajících taxi a vesmírné turistice, jsme ve stavebnictví stále ukotveni na principu, podle něhož se stavělo v dávných dobách, zjednodušeně řečeno cihly, malta a fyzická práce.

Dnes, i když už i tak mnohem později než v jiných odvětvích, máme konečně k dispozici nástroje automatizace, jako např. 3D tiskárny, které svět stavebnictví zcela mění. Tiskárny přitom mohou být praktickým nástrojem k překonání řady problémů, s nimiž se mnoho zákazníků při stavbě svých domů potýká: termín, který se málokdy dodrží, vs. stroj, který se neunaví; nepřesnost při provádění prací vs. stroj provádějící práci přesně podle vstupů; náklady na likvidaci stavební suti vs. stroj vytvářející jen velmi málo odpadního materiálu.

Dalším velmi důležitým aspektem je také vytvoření nových pracovních příležitostí pro personál zapojený do 3D výstavby domů. Tým pro výstavbu těchto domů je složen z vyškolených a specializovaných pracovníků, což výrazně snižuje riziko chyb a zpoždění a zvyšuje úroveň profesionality na stavbách. A pokud se bojíte, že neseženete personál, vzpomeňte si, kolik inženýrek, které se z čistě fyzických důvodů nemohly této práci věnovat, nyní může stavět domy. Do těchto projektů se také mohou zapojit lidé se zdravotním postižením s patřičnou kvalifikací nebo kdokoli s dobrými IT dovednostmi.

Z ekologického hlediska je tato technologie šetrná k životnímu prostředí především díky tomu, že se s její pomocí daří snižovat množství materiálu potřebného k výstavbě.  Provádí se samozřejmě i výzkum týkající se možnosti použití 100% přírodních materiálů, stejně jako použití polymerů, ale k dnešnímu dni pro takovou výstavbu chybí příslušné právní úpravy a certifikace.

Od roku 2022 pracujeme na Katedře ekonomiky a řízení stavebnictví Fakulty stavební ČVUT v Praze na studii porovnávající náklady na výstavbu svislých prvků dvoupodlažní vily v Praze o ploše 260 m² s použitím různých druhů materiálů [1]. Výzkum spočívá v porovnání nákladů na všechny svislé prvky v projektu, pokud by byly provedeny ze tří běžných materiálů, jako je železobeton, cihly Porotherm, pórobetonové tvárnice Ytong, ve srovnání s 3D vytištěným betonem s aditivem: cement, písek, štěrk a voda s přídavkem přísady. Je potřeba zdůraznit, že pro 3D tisk ve studii pracujeme s použitím betonu s aditivem. Pokud bychom namísto tohoto materiálu uvažovali použití směsi dry mortar mix pro 3D tiskárny, náklady by v současné chvíli byly mnohem vyšší než u klasických materiálů. Prozatímní výsledky studie samozřejmě nemůžeme považovat za absolutní, ale zcela jistě mohou nastínit novou perspektivu, díky níž si uvědomujeme, že existuje možnost vytvářet nové konstrukce, které jsou cenově dostupnější, které snižují množství potřebného materiálu a které mohou představovat jedinečnou estetiku a design. 

Dnes se výzkum nezaměřuje ani tak na technologii tiskárny nebo software, který ji pohání. Skutečná výzva spočívá v nalezení materiálu, který má být při stavbě použit. Náklady při použití dry mortar mix používané v Německu a u dalších velkých projektů v Americe jsou velmi vysoké, cca 1 000 eur/​​m². Studie provedená GUtech (Německá technická univerzita) v Ománu potvrdila, že používání dry mortar mix náklady na výstavbu zvyšuje namísto toho, aby je snižovalo. Tento parametr je velmi důležitý, protože je v rozporu s jedním ze základních bodů, které tato technologie vždy slibovala, a tím je snížení stavebních nákladů. V současné době, jak potvrdila univerzita GUtech, může stavební náklady výrazně snížit po­užití klasického betonu s aditivem, což je ve shodě i s prozatímními výsledky studie prováděné na Fakultě stavební ČVUT v Praze.

Samotná technologie 3D tisku betonu udělala za poslední dobu obrovský pokrok – na trhu jsou již velké tiskárny a stále více stavitelů využívá četných výhod této technologie. Když uvážíme, že náklady na suroviny jsou dnes extrémně vysoké, což mnoho investorů odrazuje od developerských projektů, tak může být v budoucnu 3D tisk betonu vynikající alternativou.

U našich sousedů v Evropě, resp. Německu, již můžeme navštívit několik domů postavených pomocí 3D tiskáren. Kromě dobře známého prvního 3D vytištěného domu s územním rozhodnutím v Beckumu realizovala společnost Rupp Gebäudedruck s pomocí skupiny PERI, inženýrské firmy Schießl Gehlen Sodeikat a Mnichovské univerzity dvoupodlažní bytový dům v bavorském Wallenhausenu. Vytvoření tohoto nádherného projektu o rozloze 380 m², resp. tisk vertikálních prvků trval pouhých šest týdnů. V budově se nachází pět bytů a všichni skeptici si díky ní uvědomili, že využití 3D tiskáren se neomezuje pouze na stavbu individuálních vil. (více také v článku v časopise Beton 1/2022 – pozn. red.)

Dalším milníkem je nejnovější stavba v Saúdské Arábii navržená společností Dar Al Arkan Properties. Stavaři zde dokázali vytisknout tři plná podlaží o úctyhodné výšce 9,9 m, což je dosavadní světový rekord. Stavba se rozkládá na ploše 345 m² a byla vytištěna za 29 dní za použití místně dostupných surovin, přičemž splňuje všechny podmínky stanovené místními stavebními předpisy. Skutečnost, že přibývá domů vytištěných s regulérním stavebním povolením, a ne pouze prototypů, ukazuje, jak daleko se technologie za tak krátkou dobu vyvinula.

Stavby využívající technologii 3D tisku jsou také ve Spojených státech amerických. Skvělé využití materiálů vytvořením hybridních staveb pomocí kombinace 3D technologie a běžné konstrukce se podařilo v zajímavém projektu navrženém ateliérem Logan Architecture s názvem East 17th Street Residences. Jedná se o rezidenční projekt sestávající ze čtyř domů, které mohou mít podle přání klien­ta dvě nebo čtyři ložnice o velikosti od 83 do 186 m².

Dalším příkladem je dům s názvem House Zero, jenž má 186 m² a skládá se ze tří ložnic se třemi koupelnami, součástí projektu je také přístavba pro hosty o rozloze 32,5 m² tvořená jednou ložnicí s koupelnou. Jedná se o krásný příklad toho, že tiskárna nemusí být po­užita pouze ke zhotovení výplní stěn, ale dokáže vytvořit skutečně jedinečné umělecké dílo. Je zřejmé, že designéři nemysleli pouze na tisk domu, ale také na část záhonů, v nichž se nachází vegetace, čímž do konstrukce dokonale začlenili prvky mobiliáře.

Z architektonického hlediska 3D tisk domů radikálně mění způsob, jakým pojímáme architekturu a navrhujeme stavby. Stroj je schopen realizovat velmi složité geometrické tvary, které by při realizaci lidskou rukou byly jistě finančně dostupné jen několika málo vyvoleným.

Parametrická architektura je něco fascinujícího a díky novým technologiím se může stát standardem pro všechny. Formy Antonia Gaudího, které obdivuje celý svět, už nebudou výjimkou, ale standardem, o který může usilovat každý.

Velká revoluce, kterou přinesly 3D tiskárny betonu, spočívá v možnosti standardizovat procesy na místě, jako to udělal Ford u automobilů. Nedívejme se na tuto technologii s nedůvěrou, ale sledujme ji s velkou pozorností, protože chápat současnost s výhledem do budoucnosti je jediný způsob, jak vnímat svět, ve kterém žijeme.

Na tomto místě nám nezbývá než si položit otázku: Proč ne?!