3D tiskárna pro tisk domů a prototyp prvního vytištěného domu
Text: STAVEBNISERVER®, Strojírny Podzimek s.r.o., foto: Strojírny Podzimek s.r.o.
Zajímáte se o vizi stavebnictví v kontextu 3D tisku a automatizace? Pak určitě čtěte dále. Redakci STAVEBNISERVER® nemohlo uniknout, že firmy Strojírny Podzimek s.r.o. a Podzimek a synové s.r.o. se podílejí na projektu výzkumu a vývoje původní a svým řešením unikátní 3D tiskárny pro tisk domů. Zjistili jsme pro vás podrobnosti.
Výzkum a vývoj probíhá již čtvrtým rokem a jeho prvotním impulsem byla, kromě boomu 3D tisku obecně, i myšlenka majitele a jednatele obou firem Ing. Martina Podzimka na žádoucí posun ve stavebnictví směrem k automatizaci a robotizaci, ve kterých stavebnictví za strojírenstvím zatím výrazně zaostává. Dalším motivem se stala stále palčivější potřeba nahrazení chybějící lidské práce, zejména řemeslné a manuální.
Je to již pár let, co se majitel firem PODZIMEK Ing. Martin Podzimek začal zajímat o technologický progres ve stavebnictví, tedy obor, v němž jeho firma Podzimek a synové podniká už 125 let. „Inspirativním momentem pro mě byl boom a rychlý vývoj v oblasti 3D tisku, časem se pak přidala pohnutka další – u řemesla čím dál citelněji chybí lidé,“ sdělil redakci STAVEBNISERVER® na úvod jednatel Martin Podzimek.
„O technologiích, automatizaci, Stavebnictví 4.0 se mluví často, ale konkrétní vizi nahrazení lidské práce ve stavebnictví jsem tady postrádal. Přitom je to právě stavebnictví, které se jako snad poslední průmyslový obor bez lidské práce neobejde, zahrnout nové technologie do specifického procesu výstavby pro mě bylo proto atraktivní výzvou,“ říká představitel již páté generace rodiny Podzimků.
Vývojový projekt je aktuálně ve stadiu, kdy existuje funkční první generace tiskárny na principu portálového jeřábu na kolejovém podvozku, která je čistě českým řešením. Dle veřejně dostupných informací je zatím jako jediná v ČR schopna vytisknout v kuse celý dům přímo v místě jeho finálního umístění. Úspěšně se podařilo také „vytisknout“ prototyp prvního domku.
V dalších fázích vývoje se výzkumný tým hodlá soustředit na další vylepšování technologie tisku, vlastností tiskové hmoty, která je rovněž původním produktem, a také dalších aspektů 3D tisku. Cílem vývoje je 3D tiskárna, která bude schopna po přepravě na zvolené staveniště vytisknout dům definovaných parametrů, a to s minimálním ohledem na povětrnostní vlivy a za předpokladu minimálního zapojení lidské síly.
Portálová 3D tiskárna na kolejovém podvozku PODZIMEK byla vyvinuta pro tisk budov z betonových směsí a vznikla na základě spolupráce mezi firmami – Strojírny Podzimek, Podzimek a synové a akademickými pracovišti – Ústavem konstruování a částí strojů Fakulty strojní ČVUT a Experimentální centrem Fakulty stavební ČVUT. Vývoj tiskárny proběhl v rámci projektu podpořeného Technologickou agenturou ČR (TH04010143 – 3D TISKÁRNA BUDOV A PREFABRIKOVANÝCH KOMPONENT PRO STAVEBNICTVÍ 4.0) v rámci programu Epsilon. Cílem projektu byl nejen vývoj 3D tiskárny, ale také zvládnutí problematiky zpracování a řízení vlastností tiskové hmoty.
„Žádná inovace a vývoj se neobejde bez kreativních a výkonných mozků, že to není jen v našich silách mi bylo jasné od začátku“, říká „otec myšlenky“ Martin Podzimek, „proto jsme s jejich ‚líhní‘ na ČVUT navázali spolupráci hned v počátcích. Oslovili jsme fakultu strojní pro vývoj samotné 3D tiskárny a zároveň i fakultu stavební pro výzkum a vývoj na poli na poli stavebního materiálu, použitelného pro 3D tisk.“ Pracovníci Ústavu konstruování a částí strojů navrhli
kompletní konstrukční část 3D tiskárny a technologii dopravy tiskové směsi k trysce. Právě spojení konstrukce, kterou vyrobila společnost Strojírny Podzimek, a technologie zpracování tiskové hmoty je tím nejsložitějším na celém 3D tisku budov. Zpracování hmoty je v tomto zařízení řešeno unikátní metodou. Díky tomu lze plynule regulovat dobu nástupu tuhnutí tiskové hmoty.
Pro konstrukci tiskárny byla zvolena koncepce portálu pojíždějícího po kolejnicích. V tomto portálu se vertikálně pohybuje příčník, který tvoří vedení pro tiskovou hlavu. Toto řešení tvoří pracovní prostor tiskárny o půdorysu 15 m x 7,5 m a výšce 5,5 m.
Součástí projektu byl také návrh testovací tiskárny. Ta byla vyvinuta pro prvotní experimenty s tiskovou hmotou, resp. k vývoji speciální hmoty vhodné pro 3D tisk, odborníky z Fakulty stavební ČVUT. Tisková hmota byla však fi nálně upravena až při experimentálních tiscích na zhotovené 3D tiskárně, která má proti testovací tiskárně svá specifi ka (dopravní délka, povětrnostní vlivy, technologické přestávky).
Řízení 3D tiskárny je založeno na průmyslovém řešení a využívá systém Sinumerik. Činnost tiskárny je tedy analogicky s obráběcími stroji ovládána pomocí G-kódu. Tím je také ovládána doba nástupu tuhnutí tiskové hmoty.
Na ústavu konstruování a částí strojů byly také připraveny všechny G-kódy, které tvoří základ každého tisku. Díky nim se celý dům vejde na jeden USB-disk, jeho obsah je přehrán do „mozku“ tiskárny a ta již zajistí proces tisku
Tiskárna je schopná, jako jedna z mála na světě, pracovat ve venkovním prostředí, a to bez ochranné stavby, přímo na staveništi. Její atraktivní výhodou je možnost tisku libovolných tvarů, rovněž ornamentálních prvků fasád a dalších stavebních komponentů.
„Naším řešením chceme oslovit novátorsky smýšlející investory, projektanty a stavební odborníky, kteří vnímají nezbytnost inovací a změn ve svém oboru. Věříme, že naše investice do technologického vývoje zaujme i širokou, technicky zaměřenou veřejnost a osloví naše budoucí zaměstnance. Naše fi rmy nabízí nejen stabilní zázemí a dlouholetou tradici, ale právě i příležitost pro uplatnění vlastních nápadů a možnost spolupráce na vývoji inovativních řešení. Bez inovací a inovacím nakloněných zaměstnanců to dalších 125 nepůjde,“ zamýšlí se Martin Podzimek.
„Z technického hlediska je naše 3D tiskárna vlastně unikátní verzí portálového jeřábu, do jehož ‚těla‘ byl vsazen ‚mozek‘, tedy umělá inteligence. Toto ‚oživení‘ stroje jsme provedli před rokem a hned poté jsme začali testování samotného stavění, kdy jsme začali s menšími rozměry budovy a pokračovali až k rozměrnější stavbě domku. Jeho tisk jsme dokončili symbolicky letos v září, kdy si fi rmy uskupení Podzimek připomínali 125. výročí založení stavebního podnikání rodiny. Na jeho počátku byla v roce 1896 zednická koncese, o 125 let později pak první ‚vytištěný‘ dům. Obojí je jistě výsledkem značného úsilí, vůle a zapálení pro věc, které se v naší rodinně patrně dědí,“ shrnuje rodinnou historii jednatel fi rem Podzimek.
