Přejít k obsahu | Přejít k hlavnímu menu
Rozhovor
3. prosince 2022
V Žďári nad Sázavou vzniká unikátna 3D tlačiareň betónu. Spoločnosť ICE Industrial Services, ktorá sa špecializuje na automatizáciu výroby najmä v automobilovom priemysle, chce využiť svoje skúsenosti a teraz sa zameriava na vývoj 3D tlače stavebných materiálov. Cieľom týchto aktivít je tlač prvého monolitického objektu v občianskej výstavbe v tomto roku.
Mnoho štúdií tvrdí, že efektivita stavebníctva v porovnaní s inými odvetviami za posledných 70 rokov poklesla. Naša firma je tak jedna z mála, ktorá sa vydala opačným smerom, teda zo strojárstva do stavebníctva, resp. automatizácie. Výrobné firmy, najmä z odboru automotive, sú zoštíhľovaním výroby priamo posadnuté a celý organizmus just in time výroby automobilov a jeho dielov je postavený na úsporách desatín sekundy na jednotlivom dieli. Na výrobe jedného automobilu sa podieľajú tisíce priemyselných robotov a ďalšie tisíce špeciálnych automatických strojov.
Práve skúsenosti so zvyšovaním efektivity výroby pomocou digitálnych technológií chce firma priniesť do stavebníctva. Aj preto sme sa stali jedným za zakladajúcich členov nového Národného centra Stavebníctvo 4.0, ktoré vzniklo pri CIIRC ČVUT a v súčasnosti prepája viac ako 20 významných verejných inštitúcií (všetky stavebné fakulty v ČR, ŘSD), stavebných organizácií a firiem, ktoré sa chcú spoločne podieľať na modernizácii tohto odboru. Do tej patrí nielen zvýšenie efektivity, digitalizácie, automatizácie a robotizácie, ale aj zvýšenie udržateľnosti a súvisiaca otázka, ako možno prispieť k znižovaniu environmentálnej záťaže, ktorá je pre nastupujúce generácie veľmi dôležitá.
Možnosť pracovať s 3D modelom stavebného prvku umožňuje dopraviť stavebný materiál na svoje miesto s presnosťou na milimetre. Dá sa povedať, že 3D tlač je technologicky jednoduchšia ako klasický stavebný postup. Nevyžaduje použitie debnenia a vďaka možnostiam organických štruktúr znižuje potrebu armovania pri zachovaní technologických vlastností.
Na druhú stranu je 3D tlač výrazne náročnejšia na vlastnosti použitého betónu z hľadiska rovnorodosti reologických vlastností v čerstvom stave – čerpateľnosť v malých prierezoch potrubia pre maximálne zrno kameniva 8 mm, nemenná konzistencia, riadená tixotropia, rýchlosť tuhnutia a tvrdnutia. V zatvrdnutom stave potom z hľadiska eliminácie zmršťovania a vzniku trhlín, dosiahnutia požadovaných pevností a statických modulov pružnosti.
Pre vývoj funkčného celku je dôležité prepojenie hneď niekoľkých odborov – automatizácie, robotizácie, procesného riadenia, designu prvkov, architektúry, stavebnej projekcie, statiky a technológie betónu. Okrem vlastných zamestnancov sú do nášho vývoja zapojení aj externí odborníci z ČR a zahraničia.
Spolupracujeme s globálnymi R&D tímami firiem Sika, Master Builders a Mapei a čo sa technológií týka tak s vývojovými tímami rakúskej firmy MAI a nemeckej m‑tec mathis technik. Vďaka tomu, že sme jedným z najväčších zákazníkov ABB Robotics v Českej republike, komunikujeme s globálnym vývojovým tímom ABB, ale aj ďalšími výrobcami robotov. Na projekte v súčasnosti pracuje viac ako 30 špecialistov.
Do vývoja sú zapojení odborníci na inovácie v stavebníctve aj preto, aby spoločne hľadali možnosti úspor energií pri prevádzkovaní stavieb. Aj tu sa inšpirujú prírodou – včelie plásty, osie hniezda i mraveniská majú v rôznych variantoch steny s takou štruktúrou, v ktorej je zateplenie priamo integrované.
Pri vytvorení týchto tvarov v nosných či nenosných stenových systémoch nebude potrebné aplikovať dodatočné izolačné vrstvy. To významne ušetrí materiál a riešenie môže byť rovnako funkčné ako pri klasických postupoch. Zhotovenie týchto tvarov je pritom pomocou 3D tlače ľahko uskutočniteľné.
Vedúcim architektonického tímu je architekt Jiří Vítek, ktorý spolupracoval vo viedenskom štúdiu so Zahou Hadid a v súčasnosti vyučuje parametrický dizajn na Katedre architektúry VUT v Brne. „Čo príroda tvorila milióny rokov, môžeme teraz využiť,” verí Jiří Vítek.
Ako príklad môžeme použiť vetvy stromov, kosti zvierat, alebo napr. ľudskú lebku, ktorá je dutá, napriek tomu však vďaka svojej špecifickej štruktúre pevnejšia ako jednoliate objekty. Spája v sebe tvarovú voľnosť a zároveň mechanickú odolnosť.
Podobnými riešeniami by sa mohlo ušetriť množstvo použitého materiálu, čo by mohlo byť jednou z ciest k dosiahnutiu úspor. V porovnaní s bežnými stavebnými technológiami by podľa niektorých odhadov a štúdií mohli úspory v prípade 3D tlače dosiahnuť výšku 30 až 50 %. Ušetrí sa objem materiálu, práca ľudí, zvýši sa rýchlosť realizácie a ponúka sa možnosť neobmedzenej opakovateľnosti.
Klasickí výrobcovia stavebných materiálov, napr. Mapei, Sika a ďalší, zatiaľ zareagovali na dopyt po betóne pre 3D tlač rozšírením ponuky vrecovaných prefabrikovaných suchých zmesí, tzv. jednokomponentných. Ich cena je mnohonásobne vyššia ako cena bežného betónu, a do budúcna teda nekonkurencieschopná.
Väčšina týchto zmesí má navyše maximálnu veľkosť zrna kameniva 1 mm, čo zvyšuje riziko vzniku zmršťovacích trhlín a neumožňuje tlač vyšších vrstiev. Tieto zmesi sa hodia na tlač dizajnových prvkov a prvkov mestského mobiliára (kvetináče, vázy, lavičky atď.), na staveniskovú tlač alebo na tlač nosných prefabrikovaných dielcov však tieto zmesi vhodné nie sú.
Preto v spolupráci s tímom prof. Rudolfa Hely z Ústavu technológie stavebných hmôt a dielcov VUT v Brne vyvíjame vlastné tzv. dvojkomponentné zmesi pre rôzne hrúbky a výšky kladených vrstiev pri použití akcelerátorov tuhnutia či tvrdnutia, superplastifikátorov a prímesí zaisťujúcich rýchlu tlač (0,50). Podmienkou je udržanie požadovaného tvaru a výšky plynulo tlačenej vrstvy až na výšku jedného podlažia. Už teraz prebehli prvé úspešné pokusy s tlačou z lokálne dostupných surovín so zrnom s veľkosťou 8 mm.
Tieto zmesi sú modifikované superplastifikátormi a urýchľovačmi pridávanými priamo v tlačovej hlave, ktoré sú určené špeciálne pre 3D tlač. Súčasne vznikla úzka spolupráca s vývojármi firiem Mapei, Sika, Master Builders a ďalších.
Do budúcna vidíme veľký potenciál aj vo využití umelej inteligencie, ktorá pomôže dosiahnuť požadovanú kvalitu finálnej konštrukcie stavby a sofistikovaného riadenia rýchlosti tlače.
Práca s materiálom veľmi blízkym klasickému betónu so zrnom kameniva 8 mm je možná vďaka použitiu špeciálnej tlačovej hlavy. Naši konštruktéri vyvíjajú už jej piaty vývojový rad. Každý typ hlavy slúži na rôzne použitie. Hlavu ovládajú priemyselné riadiace systémy, ktoré zároveň automaticky riadia aj účinnú homogenizáciu zmesi a dávkovanie urýchľovača.
Cieľom je dosiahnuť dokonalosť tlačenej stopy vzniknutej pri vysokej rýchlosti tlačovej hlavy. Súčasťou riešenia je aj systém snímania dát celého procesu. Pre riadenie procesu sú najdôležitejšie údaje v čerpadle a pred tlačovou hlavou. Zásadné je meranie teploty zmesi, tlak v potrubí, deformácia vytlačenej stopy ihneď po tlači a pod zaťažením ďalšou vrstvou. S vývojom tlačových hláv súvisí aj úprava kontinuálnych miešačiek a čerpadiel, ktoré v súčasnosti nie sú pre tieto účely dokonalé. V tejto problematike spolupracujeme s poprednými európskymi výrobcami, ako sú MAI a m‑tec.
Aby sme mohli odvážne návrhy realizovať, hľadáme cesty, ako do procesu zapojiť data-driven technológie. Organické objekty sú náročné z hľadiska prenosu dát a ich stavba vyžaduje zapojenie najmodernejších digitálnych riešení. Doteraz stavané klasické objekty boli z hľadiska prenosu údajov pomerne jednoduché okrem iného preto, že mali všade rovnaké uhly a opakujúce sa prvky. Vo svete zložitejších tvarov je však potrebné používať rezy a generovať množstvo dát rádovo v terabytoch. Taký objem by v minulosti v podstate nebolo ani možné spracovať.
O novo vyvíjané postupy zaznamenávame v Žďári veľký záujem zo strany technologických partnerov, výrobcov materiálov, architektov a realizačných firiem či developerov. Do centrály firmy sa chodia inšpirovať alebo zdieľať svoje know-how zástupcovia popredných európskych dodávateľov silikátových zmesí a prísad do betónu. Pre realizáciu staveniskovej tlače budov sme zaznamenali prvý skutočný dopyt nielen v Českej republike, ale aj predbežný dopyt na projekty v Grécku, Španielsku alebo v Kanade. Prvé prototypy mestského mobiliára, či dokonca prvú vytlačenú budovu by sme však radi venovali mestu Žďáru nad Sázavou, kde všetko tvoríme.
Čakal som, že možnosť byť súčasťou vývoja tejto unikátnej technológie bude pre ľudí z odboru atraktívna, ale skutočnosť moje očakávania predčila. O náš vývoj sa už teraz, po pár mesiacoch, zaujímajú ľudia z celého sveta. Sme otvorení komerčným i výskumným spoluprácam a radi sa porozprávame s každým, kto má záujem tieto technológie posunúť vpred. Už teraz pracujeme na návrhoch pomerne veľkých stavieb, ktoré by sme chceli realizovať už v budúcom roku. S výskumom sme sa pred okolitým svetom rozhodne neuzavreli.
Verím, že sa celé stavebníctvo v nasledujúcich desaťročiach úplne premení. Nedostatok a vysoké ceny materiálov, ako aj nedostatok pracovných síl prinúti stavebné firmy a investorov automatizovať. Bežné stavebné postupy sa počas budúcich rokov zásadne zmenia a robotizácia aj 3D tlač budú k tomuto vývoju významne prispievať.
Ing. Tomáš Vránek, MBA
Zakladateľ ICE Industrial Services a.s. – prvá česká slobodná firma v priemyselnom odbore, ktorá je najrýchlejšie rastúcou automatizačnou spoločnosťou v Českej republike
Zdieľať na sociálnych sieťach
Vývoj, konštrukcie a inštalácie automatizovaných strojov a liniek pre najvýznamnejšie spoločnosti po celom svete.
Neváhajte a kontaktujte nás. Radi zodpovieme všetky vaše otázky, predložíme vám nezáväznú cenovú ponuku alebo vám poskytneme prístup do demoverzie našich produktov.
CONTEG, spol. s.r.o.
Vít Voláček založil so svojím otcom Jánom spoločnosť Conteg v roku 1998 a dnes sa venuje riadeniu celej skupiny. Jeho brat Vojtech, ktorý sa k rodinnému biznisu pripojil neskôr, je šéfom obchodu.
Takmer 17 rokov bola personálnou riaditeľkou vo svetovej agentúre Thomson Reuters a mala na starosti napríklad aj krajiny bývalej Juhoslávie počas vojnového konfliktu v druhej polovici 90. rokov. Dnes patrí medzi najvyššie postavené manažérky v slovenskom priemysle.
Brazzale Moravia a.s.
Ak sa Česi naučia vyrábať také syry, tak sme skončili - počul kedysi potomok slávnej talianskej syrárskej rodiny Roberto Brazzale. Riešenie? Začať vyrábať syr v Česku, respektíve na Morave. Gran Moravia, ktorému sa u nás hovorí parmezán, kombinuje kvalitné miestne mlieko a staré know-how z Talianska. A firma Brazzale sa ďalej rozširuje, na severe Talianska napríklad nedávno otvorila sklad obsluhovaný hypermodernými robotmi, kde môže zrieť desať ton syra.
