Formálás és technológia, két gyakorlat és két példaépület az additív építésben1
Az elmúlt években a 3D nyomtatás, más néven additív gyártás egyre népszerűbb az építőiparban és az építészetben. A 3D technológia lassan elfogadottá válik, egyre több jel mutat arra, hogy több, mint egy érdekes technológiai kísérlet.
Az erre szakosodott vállalatok világszerte újabb és újabb eredményekről számolnak be, bizonyítva az additív gyártás építőipari létjogosultságát. Egyes országok, mint például Dubaj nagy tervekkel rendelkezik a 3D nyomtatási technológia terén. Céljuk, hogy 2030-ig az összes új épületet 3D építési módszerrel hozzák létre. Ennek egyik oka az élőmunka kiváltása, ezzel építési költség és idő megtakarítása.
Az eddig megvalósult 3D nyomtatással készült épületek léptéke jóval elmarad a jelenleg alkalmazott és bevált építéstechnológiáktól. A nyomtató (építési) sebessége és a nyomtatott objektum kiterjedése relációban van az „egymásra rakott” rétegek építéskori együtt dolgozásával és állékonyságával. A nyomtatási terület és az építhető, nyomtatható szintszám ma még meglehetősen korlátozott. A jelen 3D épületnyomtatási gyakorlat döntően a függőleges térszerkezeti elemek építésére koncentrál. A nyomtatott épületekben a vízszintes teherhordó szerkezetek (födém, nyílásáthidaló) a hagyományos építési rendszerek szerint készülnek. Az ismert 3D nyomtatott házak általában hossz- vagy vegyes főfalas szerkezeti rendszerűek. Ez alól kivételt képeznek a központos, kupola szerkesztésű kísérleti épületek. (Ezen épületeknek a térhasználati értéke a szélesebb közönség számára meglehetősen kérdéses.) Az additív technológiával készült nagy fesztávú szerkezetek előállítása még várat magára. Az additív technológia új utakat nyithat a nagyfesztávú szerkezetek jövőbeli gyártásához, az egyedi méretű és formájú szerkezetek megvalósítása terén.
AZ EDDIGI LEGNAGYOBB NYOMTATOTT ÉPÜLET
A kezdeti kísérletek során additív gyártással egyszintes, kisméretű épületek készültek. A technológiai fejlesztések eredményeként megépült az első, jelentős méretű, kétszintes, 3D technológiával megvalósított épület Dubajban egy amerikai építésinnovációs start-up vállalkozás, az APIS COR produktumaként. A mintegy 640 négyzetméteres alapterülettel, 2019-ben megvalósult épület, 9,5 méter magas szerkezetet foglal magában, és jelenleg a legnagyobb kiterjedésű additív technológiával épített házként tartják számon. A cég kisméretű nyomtatója mobil és könnyen kezelhető, akár háromemeletes, korlátlan méretű épületek nyomtatására is képes. A hagyományos építési módszereknél kilencszer gyorsabb kivitelezési sebességgel dolgozik. Az eszköz könnyen szállítható, egy kisteherautó platóján elfér, beépített futófelületei révén önjáró. A falszerkezet előregyártott, zárt rendszerben szállítva, a helyszínen vízzel kevert gipsz és cement alapú nyomtatási anyagból, egy extrúderes nyomtatófej segítségével rétegesen épül, precíz szenzorálás és vezérlés támogatásával. A nyomtatófejre szerelt spatula a kijuttatást követően azonnal eldolgozva az anyagot, sík falat képez. Az APIS COR az általa szabadalmaztatott eljárással minden esetben igazodni kíván az adott éghajlati körülményekhez, ezzel univerzálissá téve az általa kifejlesztett technológiát. Megjegyzendő, hogy a Dubajban megépült ház tartószerkezetileg kritikus pontjain betonacél megerősítést alkalmazva növelték annak állékonyságát, ily módon inkább „hibrid” szerkezetű épületnek nevezhetnénk, mint tisztán nyomtatott objektumnak [1].
A nyomtató működése és a lefedett nyomtatási terület nagyságrendje hitelessé teszi a központos építési módszer létjogosultságát. Az egy pontból kiinduló, a tér minden irányában vezérelt nyomtatófej szinte korlátlan alaprajz-szerkesztési lehetőségeket rejt magában. Ezzel a nyomtatási metódussal készülő épületek kiterjedésükben, így funkcionális elrendezésükben szabadon formálható térstruktúrákat fogadhatnak be. Az önjáró nyomtató síkfolytonos, rendezett építési helyet követel, ezt többnyire egy vasbeton vagy vasalt beton alépítmény biztosíthatja. A nyomtatási pontokra történő átállás tervezett szakaszolást feltételez, ezzel – még ha rövid időre is – megszakítva az építés folyamatát. A központos építési módszer a nyomtatott épület kiterjedésében korlátozott. A hattengelyes robotkarok kinyúlását a nyomtatófej és a rendszerben lévő anyag tömege befolyásolja és határozza meg.
PERI ÉS AZ ÁLLVÁNYOS NYOMTATÓ RENDSZER
A világcégként működő németországi székhelyű állványozó és zsaluzó rendszereket gyártó és forgalmazó PERI [2] az utóbbi években élére állt az európai additív építéstechnológia fejlesztésének. Az elmúlt év őszén két projektet is bejelentve komoly lépést tett a nagy volumenű 3D építés irányába [3]. A 3D-s nyomtatásra specializálódott dán vállalkozás COBOD [4] BOD2 nyomtatójával2 két németországi épület kivitelezését kezdte el, melyek közül az egyik, egy 80 négyzetméteres alapterülettel épült kétszintes családi ház Észak-Rajna-Vesztfália tartományban, Beckum-ban található [5].
Az épület esztétikus, kortárs megjelenése a Schießl Gehlen Sodeikat [6], a Müncheni Műszaki Egyetem [7] és a MENSE-KORTE ingenieure+architekten [8] együttműködésének eredményeként jött létre a ház megrendelőjének, a Hous3Druck GmbH igényei szerint. Az épület elnyerte a Német Innovációs Díjat.
„A 3D nyomtatású lakóépület építése Beckumban mérföldkő a 3D beton nyomtatási technológia számára” – mondja Thomas Imbacher, a PERI GmbH innovációs és marketing igazgatója. „Nagyon bízunk abban, hogy az építőipari beton nyomtatás az elkövetkező években egyre fontosabbá válik bizonyos piaci szegmensekben, és jelentős potenciállal rendelkezik. Más lakossági betonnyomtatási projektek is készülnek most Németországban. Büszkék vagyunk arra, hogy a PERI a beckumi projektben való részvétele által ezen új építési technika úttörőjévé és előfutárává válhat.” [9]
A PERI által jegyzett másik épület egy Wallenhausenben épülő többszintes, ötlakásos társasház, mely Európa legnagyobb nyomtatott épületeként valósul meg. A hagyományos küllemű, magastetős épület egyszerű tömegével és mértéktartó építészeti részleteivel alig utal arra, hogy a legkorszerűbb és leginnovatívabb technológiával épül [10].
Kézenfekvő a PERI érdeklődése az additív épületgyártás technológiája iránt. Az építési állványok, zsaluzatok szakértőjeként és gyártójaként a 3D épületnyomtatás másik útját, az állványra szerelt, a tér minden irányában mozgó nyomtatórendszer fejlesztését vette célba. Az állványrendszerekben szerzett tapasztalatait a cég jól kamatoztathatja a nagyobb kiterjedésű, dinamikus hatásoknak is kitett állványrendszerek telepítésénél és működtetésénél. Az adott helyre felállított nyomtatórendszer szerelési és üzembehelyezési ideje megtérülhet az építés folyamán, mivel azt nem kell megszakítani a nyomtatási pontokra történő áttelepítéssel. Ez mindenképpen kedvező, mivel az additív építés minőségének egyik kulcskérdése a folyamatos munkavégzés. Az állványrendszer kedvező az építési hely ideiglenes lefedése, megvilágítása, berendezése szempontjából is.
A két megvalósult és röviden bemutatott épület bizonyíték arra, hogy az additív technológia az építészek számára megtartja a tervezés szabadságát, a kivitelezők szempontjából a tiszta, kevés építési anyagveszteséggel járó, automatizált építést biztosít, a megrendelők részére gyors és ezáltal költséghatékony megvalósítást jelent. Ahhoz, hogy az additív építés még gyorsabb ütemben teret nyerjen, további anyagkutatásokra és a 3D építési folyamat világméretű standardizálására van szükség. Egy új technológia nem csak műszaki, de társadalmi elfogadtatása is fontos kérdés, ha nem a legfontosabb…
_____________________________________________________________________________
Hivatkozások, lábjegyzetek
1 2019-1.1.1.-PIAC-KFI-2019-00222
2 A PERI a dán COBOD vállalatban 2018-ban szerzett részesedést. A COBOD BOD2 a világon jelenleg az egyik legnagyobb kapacitású 3D épületnyomtató. A gép szabályozott kötésidejű, cementalapú anyagot juttat ki állványra szerelt, három irányban mozgatható fej segítségével. A berendezés működtetéséhez két fő szükséges. A nyomtatási terület megegyezik az épített objektum területével, így a nyomtató működése teljesen folyamatos, leállás, átszerelés nélkül működtethető. Nyomtatási anyagként a PERI a HeidelbergCement „i.tech 3D” nyomtatóhabarcsát használta, a keverési technológia az „m-tec mathis technik Gmbh-tól” származik.
[1] Forrás: https://www.apis-cor.com/
https://www.archpaper.com/2019/12/ apis-cor-largest-on-site-3d-printed-building-dubai/
[2] A PERI a világ egyik vezető zsaluzat-és állványrendszer-gyártója és -szállítója. A családi tulajdonban lévő vállalat weissenhorn-i (Németország) székhellyel, 9400 alkalmazottal, több mint 60 leányvállalattal és 160 telephellyel rendelkezik.
[3] https://www.peri.com/en/media/ press-releases/germanys-first-printed-house-officially-openend.html
[6] https://ib-schiessl.de/projekte/3d-druck-haus-beckum
[8] https://www.mense-korte.de/ housedruck.html
[10] https://www.peri.de/produkte/3d-betondruck.html
https://www.peri3dconstruction.com/references