Formálás és technológia, két gyakorlat és két példaépület az additív építésben1

Prof. Dr. Markó Balázs habil DLA okleveles építészmérnök

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].

Kétszintes 3D technológiával megvalósított épület Dubajban

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.

Az egy pontból kiinduló, a tér minden irányában vezérelt nyomtatófej szinte kor­látlan alaprajz-szerkesztési lehetőségeket rejt magában.

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].

Beckumi családi ház nyomtatása állványra szerelt, a tér minden irányába mozgó nyomtatórendszerrel

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]

Beckumi családi ház

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].

Többszintes, ötlakásos társasház Wallenhausenben

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

[4] https://cobod.com/

[5] https://www.portfolio.hu/ ingatlan/20210730/az-epitkezes-jovoje-atadtak-nemetorszag-elso- 3d-beton-nyomtatassal-keszult-hazat-494642

[6] https://ib-schiessl.de/projekte/3d-druck-haus-beckum

[7] https://www.tum.de

[8] https://www.mense-korte.de/ housedruck.html

[9] https://www.peri.hu/vallalat/ sajtokozlemenyek/a-peri-epiti-nemetorszag-elso-3d-beton-nyomtatasu-lakohazat.html

[10] https://www.peri.de/produkte/3d-betondruck.html
https://www.peri3dconstruction.com/references