Printanje zgrada: Gradi kao praščić da te Zemlja ne otpuše

Svi znaju poznatu priču iz 18. stoljeća o tri praščića koju je 1933. popularizirao Walt Disney. U njoj je jedan lijeni praščić napravio kuću od slame, drugi, malo vrjedniji, odlučio se za drvo, tj. daske, a treći, radišni, odlučio je sagraditi kuću od cigala, koja se u priči pokazala najotpornijom na pokušaje zločestog vuka da je otpuše. Danas prvoj dvojici nikad ne bi palo na pamet da će se i njihovi materijali upotrebljavati u građevinarstvu te da će prirodna ili održiva gradnja postati nešto čemu se teži. Prirodni materijali postaju sve popularniji, a uz nove napredne tehnološke metode sve postaje i jednostavnije, jeftinije te pogodnije za okoliš.

Građevinska industrija, kao i sve ostale, prolazi kroz razoblje brzih promjena i inovacija. Najveću ulogu u toj priči imaju nova tehnologija i održivi materijali koji postaju ključni za oblikovanje, kako se to danas voli nazvati, urbanih područja, što otvara nove mogućnosti u ekološkoj gradnji, arhitekturi i dizajnu. Zbog ekoloških izazova sve se veći naglasak stavlja na metode gradnje koje smanjuju emisije, pa i potrošnju materijala, jer manje materijala znači i manji ekološki ili ugljikov otisak. U tom kontekstu, 3D ispis istaknuo se kao jedna od najperspektivnijih tehnologija.

Kineski pioniri

Tehnologija 3D ispisa u građevinarstvu počela se razvijati početkom 2000-ih, no široka primjena i prvi konkretni projekti pojavili su se tek nakon 2010. Ne treba biti čudno što je baš kineska kompanija WinSun pionir u tom području s obzirom na sve napredniju kinesku tehnologiju u gotovo svim industrijama. WinSun je 2014. prvi sagradio nekoliko kuća metodom 3D ispisa. Ispisivao je od betona dijelove zidova u tvornici te ih tako gotove postavljao na gradilištu, pokazavši kako ta metoda može ubrzati gradnju i, još važnije, smanjiti troškove.

Na velike objekte ispisane 3D pisačem morali smo čekati do 2017. kad je ruska tvrtka ApisCor ispisala cijelu kuću izravno na gradilištu u Stupinu, blizu Moskve. Korištenjem velike robotske ruke u samo 24 sata završila je strukturu betonske kuće, što je pokazalo učinkovitost te tehnologije u gradnji većih stambenih objekata. Nakon toga tehnologija se proširila i na druge građevinske projekte, uključujući mostove. Primjer je Grupa Royal BAM​ koja je 2017. sagradila prvi 3D ispisani betonski most u nizozemskom selu Gemertu u suradnji s istraživačima s Tehničkog sveučilišta u Eindhovenu. Taj projekt bio je važan jer je pokazao mogućnost 3D ispisa u infrastrukturnoj gradnji, posebno u zahtjevnim uvjetima poput mostova koji moraju izdržati velika opterećenja.

Vrste ispisa

Kao što smo već naveli, 3D ispis omogućuje izradu građevnih elemenata ili cijelih građevina sloj po sloj. Do sada su se najčešće upotrebljavali materijali poput betona, raznih polimera, metala, recikliranih materijala, a odnedavno i glina. Najčešći tip pisača temelji se na robotskoj ruci koja se kreće naprijed-natrag istiskujući materijal. Uz tu metodu postoje druge, poput vezivanja praha i aditivnog zavarivanja. Prah se vezuje unutar bazena punjenog prahom, gdje se učvršćuje sloj po sloj kako bi se stvorio željeni objekt. Aditivno zavarivanje tehnologija je 3D ispisa metala koja se koristi toplinom i metalnim žicama kako bi sagradila metalne strukture sloj po sloj. Ta tehnologija počela se upotrebljavati sve češće, pogotovo u industrijama poput automobilske, zrakoplovne i brodograđevne, u kojima je potrebna proizvodnja velikih i preciznih metalnih dijelova.

Bez cementa

Da se tehnologija trodimenzionalnog ispisa nastavlja razvijati, pokazuje i posljednja metoda koju su razvili istraživači sa sveučilišta ETH Zürich. Švicarska ekipa razvila je novu metodu robotske aditivne proizvodnje koristeći se samo glinom, bez upotrebe cementa, što je velik korak prema potpuno održivoj gradnji, dakle isključivo od prirodnih materijala. A posebno je dobro što je posrijedi upravo glina, koja je široko dostupna, jeftina, ako ne i besplatna, ako se graditelj odluči na samostalno iskopavanje.

Švicarski tim razvio je novu metodu sa starim materijalom i nazvao je impact printing. Temelji se na preciznom, brzom nanošenju materijala koji se, kolokvijalno opisano, pljucka i međusobno povezuje.

Mehanizam pljuckanja

Taj ‘udarni ispis‘ omogućuje brže slaganje materijala. U gradnji 3D pisač izbacuje materijal, glinu, odozgo prema dolje, gradeći zid tako da postupno pljucka glinu u manjim količinama. Prilikom svakog tog udara dijelovi materijala spajaju se bez vezivnoga materijala. Tom se metodom uklanja i potreba za stankama tijekom kojih bi se materijal trebao stvrdnuti, kao što je slučaj pri tradicionalnom 3D ispisu betona. To pljuckanje upravo je glavna razlika u odnosu na dosadašnje metode 3D ispisa građevina, u kojima se slojevi slažu jedan na drugi.

U Zürichu tvrde i kako tom metodom mogu izbacivati materijal čak deset metara po sekundi. Istraživači iz Robotičkog laboratorija za proizvodnju na ETH-u Zürich za ispis su u ovom slučaju upotrebljavali mješavinu iskopane zemlje, mulja i gline koja zadovoljava potrebne zahtjeve za stabilnost i trajnost konstrukcije bez korištenja cementa.

Novi alat

Tijekom razvoja tehnologije osmišljen je poseban alat za ispisivanje koji se može integrirati na različite robotske platforme visoke nosivosti. Ta prilagodljivost omogućuje primjenu i na različitim terenima – i u proizvodnim pogonima i na gradilištima – pa stručnjaci smatraju kako bi u budućnosti taj način gradnje mogao pomoći da se osvoje nepristupačni tereni. Za sada se tom metodom mogu ispisivati stupovi i zidovi visoki do jednog ili dva kata, a istodobno se radi na robotiziranoj metodi ugradnje armature koja bi dala dodatnu čvrstoću ispisanim strukturama. 

TRENDSETERI: Futurističke tehnologije koje će promijeniti građevinski sektor

Kad se spoje tehnologija i ekologija, mogu se roditi pametne ideje. Naravno, ne govorimo o spojenim čepovima na bocama i papirnatim slamkama, već o zaista pametnim novim načinima očuvanja Zemlje na kojoj živimo. Kako se veliki dio onečišćenja odnosi na građevinski sektor, a sve češće zgrade postaju ekološke, red je i da materijali postanu isto takvi, zeleni, ugljično neutralni te po mogućnosti prirodni. Neke od ovih futurističkih tehnologija u građevinarstvu već se dugo kuhaju, a kad napokon izađu iz pećnice, bit će za prste polizat...

Najprije predstavljamo tzv. samozacjeljujući beton. Beton puca, a održavanje i obnova betonskih struktura poput tunela ili zgrada zahtijeva velike troškove, pa zašto se beton ne bi sâm obnavljao? Zapitali su se to i znanstvenici koji su smatrali kako mogu produljiti vijek trajanja betonskih građevina, smanjiti troškove i uštedjeti svima dragocjeno vrijeme. Mislili su i mislili dok nisu smislili bakterije koje u dodiru s vodom proizvode kalcit i zatvaraju nastale pukotine. Naime, bakterije poput Bacillus pseudofirmus ili Bacillus cohnii dodaju se betonskoj mješavini s hranjivim tvarima poput kalcijeva laktata pa, kad voda prodre u pukotinu u betonu, aktivira bakterije koje zatim proizvode kalcit, mineral koji ispunjava pukotinu.

Ako ste gledali ‘Zvjezdane staze 4: Putovanje kući‘ s kapetanom Kirkom za kormilom, sigurno znate za prozirni aluminij jer u tom filmu Scotty ga napravi, tj. stvori njegovu molekulu. Eto, nekad samo u ZF filmovima, danas itekako moguć građevni materijal. Prozirni aluminij gotovo je čvrst poput čelika, a izgleda kao staklo. Ta inovacija nastala je s pomoću laserske tehnologije i otvara nove mogućnosti u projektiranju zgrada futurističkog izgleda. Napravljen od aluminijeva oksinitrida (AION), prozirni metal tek bi trebao ući u građevinski sektor.

Kako je danas sve pametno, zašto takve ne bi bile i ceste? Zeleni pametni i umreženi gradovi jednostavno zahtijevaju i pametnu cestu. Ne‘š se vozit po glupoj cesti, valjda? Pametne ceste koriste se senzorima i IoT tehnologijom za sigurniju i ekološki prihvatljiviju vožnju. One snimaju, pune električne automobile, naplaćuju cestarine, poboljšavaju sigurnost, skupljaju podatke, šalju podatke vozačima u stvarnom vremenu, ma... rade sve!