„K vidění jsou experimentální projekty zkoumající využití této moderní technologie v architektuře a ukazující nové možnosti, které 3D tisk z betonu přináší. Prezentovaná je zde první 3D tištěná mostní konstrukce v České republice a spousta dalších souvisejících inovativních technik,“ uvedl profesor Jiří Kolísko, ředitel Kloknerova ústavu ČVUT v Praze, v pozvánce na výstavu v pražské Galerii Národní technické knihovny (NTK).
Od betonového prvku k nosným konstrukcím
„V souhrnu výstava reflektuje pět let od okamžiku, kdy ve spolupráci odborníků z Kloknerova ústavu s vědci z Technické univerzity v Liberci (TUL) vznikl první vytištěný betonový prvek. Od té doby se tým autorů z ČVUT aktivně věnuje hledání nové estetiky spojené s touto technologií a zkoumá, jak co nejlépe využít její výhody a eliminovat slabiny,“ podotýká Jiří Kolísko, představuje celý výzkumný tým a ukazuje vybrané projekty.
Zdroj: Kloknerův ústav ČVUT v Praze
Mezi nejvíce sledované oblasti Kloknerova ústavu patří odborné monitorování mostních konstrukcí (nejenom pražských mostů). Ověřují statickou a dynamickou funkci konstrukce, její spolehlivost v mezních stavech použitelnosti, výpočtové modely a vstupní veličiny použité ve výpočtu konstrukce. Pro měření využívají mechanické, elektrické i optické přístroje, případně pak celé automatizované systémy. Pokud se někde v republice (často i v zahraničí) testují mosty, jistě na tom pracují odborníci z Kloknerova ústavu. Snad proto vybrali prioritně pro výstavu v Galerii NTK první most v České republice vytištěný z betonu na 3D tiskárně. Jejich druhou nejvíce sledovanou oblastí jsou totiž možnosti 3D tisku z betonu a experimentální projekty využitelné v architektuře a stavitelství.
„Vývojový proces si dává za úkol dosažení stavu, při kterém bude možné tisknout objekty s co nejmenším zásahem lidské činnosti, zautomatizování celého procesu od míchání směsi po vytištění požadovaného objektu, a to nejen v prostorách laboratoře. Tištěné objekty či jejich části jsou zkoušeny v zatěžovacích strojích laboratoře a výsledky jsou podkladem pro výpočetní modely. Ty jsou zpětně upravovány tak, aby výsledný objekt splňoval nejen estetické nároky, ale též nároky na statiku,“ dodává Jiří Kolísko s odkazem na již zmíněný most.
Oto Melter – Karyatidy. Zdroj: Kloknerův ústav ČVUT v Praze
Na počátku byla 3D hvězda a míchání betonových směsí
Projekt nazvaný 3D STAR přinesl intenzivnější spolupráci s Technickou univerzitou v Liberci (TUL). Kladl si za kladl cíl vyvinout speciální robotické rameno, které bude možné jednoduše dopravit na stavbu a vytisknout s ním i několikapatrové budovy přímo na místě. Testovací zařízení s mobilní tiskovou hlavou už na TUL vyvinuli, další část týmu poté vypracovala model robotického ramene, které dokáže opsat libovolnou křivku a nese onu tiskovou hlavu.
„Navrhli jsme mobilní robotické zařízení Printing Mantis, které se bezproblémově přemisťuje po staveništi a zvládne tisknout svislé i vodorovné konstrukce,“ uvedl slavnostně profesor Jiří Suchomel z Fakulty umění a architektury TUL, duchovní otec projektu 3D STAR a představil zároveň vlastní ideový návrh tištěného kostela.
Lavička Bench X. Foto: Tomáš Rubín
„Budovu chceme tisknout relativně malým robotem postupně po částech. Robot se pak během tisku pohybuje vodorovně do jednotlivých tiskových pozic a po vytištění jedné úrovně – etáže – jej jeřáb přemístí do vyšší úrovně. Navržený kostel má čtyři takové úrovně. Předpokládáme, že by robot během procesu tisku byl v celkem třiceti pěti pozicích. To je postup, který se zásadně odlišuje od většiny zahraničních zařízení, která pracují s tiskárnami většími, než je vlastní budova,“ uvedl Jiří Suchomel s tím dovětkem, že k dokonalosti už chybí jen stavební povolení a některé dokumenty, včetně peněz. Konečné rozhodnutí o stavbě zatím nepadlo.
Tištěné objekty vyžadují nutnost mezioborové spolupráce
Na výstavě v Galerii NTK je vidět, že komplexní systém 3D tisku využívá bohatých zkušeností vědeckovýzkumných pracovníků z různých odvětví a v řadě případů kombinuje materiálové inženýrství, programování, strojírenství ze zásadami architektury a designu. Podstatný je v tomto směru také rychlý vývoj speciálních cementových směsí a betonu.
Vanda Hvízdalová – lavička. Zdroj: Kloknerův ústav ČVUT v Praze
„Našim úkolem bylo vyvinout a dále optimalizovat cementové směsi pro výše uvedené tiskové zařízení tak, aby se z procesu tisku do budoucna vyloučily další zásahy člověka. Složky je potřeba správně vybrat, namíchat, během tisku udržet optimální konzistenci cementového kompozitu a nastavit rovněž vhodnou rychlost tisku v závislosti na aktuálních požadavcích pro konkrétní tištěnou konstrukci,“ vysvětlil David Čítek, vedoucí laboratoře betonu Oddělení experimentálních a měřicích metod Kloknerova ústavu ČVUT v Praze.
„V tiskové hlavě je při některých aplikacích nutné přidávat do směsi urychlovače tuhnutí, zajišťující okamžitou stabilitu při tisku složitějších prvků. Kromě samotného kompozitu podrobujeme vytištěné vzorky testování z hlediska maximálních zatížení, materiálových parametrů a trvanlivosti. Zkoušíme navrhovat i betony s příměsí kovových nebo polypropylenových vláken jako výztuž pro zlepšení mechanických vlastností směsi,“ dodává Vladislav Bureš z katedry nosných konstrukcí Fakulty umění a architektury TUL.
Vybavení pro 3D tisk Kloknerova ústavu. Foto Jiří Ryszawy
Velmi zajímavé je využití pro takzvanou aditivní výrobu, kdy během výrobního procesu vznikají dle digitálního modelu, vrstvu po vrstvě, specifické trojrozměrné objekty. Aditivní výroba umožňuje objektům získat unikátní vlastnosti, které jsou běžným způsobem nedosažitelné. V oblasti 3D aditivní fabrikace spolupracoval Kloknerův ústav například se studiem Federico Diaz při realizaci sochy v Praze v objektu Bořislavka. Technologie robotické fabrikace So Concrete zde pracovala s vysokopevnostním betonem UHPC (Ultra High Performance Concrete). Dalším vysoce ceněným betonovým objektem je Bench X (ocenění SIT Furniture Design Award 2025) umístěný v historickém centru Kutné Hory. Inspiraci čerpá z gotické kružby (zkamenělé geometrie), kterou přetváří do moderních ergonomických křivek.
3D tisk lávky, Kloknerův ústav. Foto Jiří Ryszawy
Výstava VRSTVY: možnosti 3D tisku prezentující spojení jedinečné technologie 3D tisku z betonu a architektury potrvá v pražské Galerii NTK do 2. srpna 2025. Výzkumný tým Laboratoře inovací Kloknerova ústavu ČVUT v Praze tvoří Oto Melter, Michael Gabriel ml., Aleš Hvízdal, Karel Hurtig, David Čítek a Zuzana Auská. Autory vystavených děl jsou Oto Melter, Michael Gabriel ml., Aleš Hvízdal a Kateřina Goryczka. Výzkum probíhá pod odborným vedením Jiřího Kolíska a Petra Teje. Foto: BoysPlayNice, Jiří Ryszawy, Tomáš Rubin a autoři vystavených děl. Více informací: Galerie – Národní technická knihovna
Sdílet / hodnotit tento článek