Dominantou stavebnictví a architektury je několik let technologie robotické fabrikace alias 3D tisk. Využívání průmyslových robotů nebylo dlouho ve stavebnictví běžné, ale s postupující automatizací pronikly principy 4.0 robotizace i do tohoto konzervativního odvětví. Kloknerův ústav je známý zkoušením nových technologií, tudíž není divu, že mezi prvními aplikoval i 3D tisk.

Technologická univerzita v Liberci spolupracuje s Kloknerovým ústavem na projektu 3D STAR zkoumajícím možnosti aditivní fabrikace a udává směry, kterými by se mohla budoucí výstavba vydat. Hlavní úlohu zastupují vědečtí a techničtí pracovníci z experimentálního oddělení a oddělení mechaniky.

Materiály využívané při 3D tisku

Nové postupy 3D tisku se zaměřují na inovativní tiskové materiály a způsoby jejich využití. Zkušenosti z tisku na běžných 3D tiskárnách využívajících konvenční materiály (plast) se využívají k vývoji tisku z betonu. Pracovníci experimentálního oddělení vyvíjejí směs cementového kompozitu (betonu) s vlastnostmi ideálními pro aditivní formu 3D tisku.

Obor mechaniky přispívá svými zkušenostmi při navrhování tvaru výrobků, systému extruze a řízení tisku. Důležitým prvkem je i samotný optimalizační software, ve kterém je požadovaný objekt „rozřezán“ na jednotlivé tiskové vrstvy, a trajektorie tiskové hlavy generována tak, aby byl tisk kontinuální. Posunem těžiště práce od tradičního navrhování k programování pohybových drah se začíná profese stavebního inženýra překrývat s profesí programátora robotických systémů.

3D tisk nemá problém s jakýmkoli materiálem

Počítačem řízené stroje nemají problém s jakýmkoliv tvarem, poměrem směsi či přesností v řádech milimetrů, mililitrů či gramů. Exaktní měření a kontrola výstupů výrazně rozšiřují možnosti optimalizace řízení procesu v rámci celého tisku. Tisk probíhá na plotrovém zařízení TEST BED, které vyvinuli pracovníci Technické univerzity Liberec.

V roce 2021 probíhaly testy různých typů tiskových hlav v závislosti na typu tisknuté směsi, tvaru tisknuteho objektu a rychlosti/způsobu tisku. U cementového kompozitu se upravovala konzistence, množství složek a vyztužení rozptýlenou výztuží v závislosti na technologické náročnosti a požadavky na výsledné mechanicko-fyzikální parametry vytištěného objektu.

Rozsáhlé aplikace do budoucna

Tištěné objekty či jejich části se zkoušely v zatěžovacích strojích laboratoře a výsledky sloužily jako podklad pro výpočetní modely, které jsou průběžně zpřesňovány a využívány ke statickým posouzením. V roce 2022 se v rámci projektu připravují rozsáhlejší praktické aplikace. Kromě zkušebních těles se bude tisknout např. lávka pro pěší, která v nejbližší době projde zatěžovacími zkouškami.