Niemcy: Domy z drukarki 3D
13 czerwca 2023
Centra danych nie są raczej znane z ekstrawaganckiej architektury; w końcu są to budynki czysto funkcjonalne. Jednak budynek, który obecnie powstaje w Heidelbergu, z pewnością będzie przyciągał wzrok. Jego fasada, która wygląda jak zasłona, wydaje się okalać budynek.
Hans-Joerg Kraus, kierownik grupy Kraus, która stoi za projektem, mówi, że fasada ma na celu przetestowanie granic tego, co jest możliwe. Wolność architektów jest większa niż zwykle – dzięki możliwościom konstrukcyjnym technologii 3D.
W druku 3D sterowana cyfrowo dysza natryskowa rozpyla specjalną mieszankę betonową warstwa po warstwie – w ten sposób powstają zewnętrzne ściany budynku. Elementy poziome, takie jak sufity, nadal muszą być wykonywane w tradycyjny sposób.
Zakończenie budowy planowane jest na lipiec br. Jednopiętrowy budynek będzie miał 54 metry długości, jedenaście metrów szerokości i dziewięć metrów wysokości. Według grupy Kraus będzie to największy budynek wydrukowany w technologii 3D w Europie.
Druk 3D oszczędza pracę, czas i odpady
W Heidelbergu można zobaczyć niektóre z zalet druku 3D – oprócz ekstrawaganckich kształtów, które umożliwia ta technologia. Przez większość czasu na placu budowy pracuje tylko dwóch pracowników przy obsłudze drukarki. W przeciwieństwie do konwencjonalnych konstrukcji betonowych „drukowane” warstwy zachowują swój kształt od pierwszej sekundy – szalunki są zatem zbędne.
Dzięki temu zmniejsza się ilość odpadów i czas potrzebny na montaż i demontaż drewnianych konstrukcji. To „ogromna zaleta", mówi DW Jan van der Velden-Volkmann, jeden z architektów.
Wzniesienie pionowych elementów budynku zajmuje tylko około 140 godzin, informuje firma PERI 3D Construction, zaangażowana w budowę. Jednak drukowanie musi być w międzyczasie przerywane, aby zapewnić czas i miejsce do pracy dla innych branż. Dlatego ostatnia warstwa może być natryskiwana dopiero około cztery miesiące po rozpoczęciu budowy.
Postęp mimo wielu przeszkód
Chociaż technologia ta jest znana i rozwijana od około dwóch dekad, budynki 3D są nadal rzadkością. Według COBOD, dostawcy technologii 3D, do 2022 r. zbudowano około 130 budynków większych niż dziesięć metrów kwadratowych, z czego 55 powstało w ubiegłym roku.
Jednym z powodów tego powolnego wzrostu, mówi Arnaud Perrot, profesor inżynierii na Uniwersytecie Południowej Bretanii, jest brak standardów stabilności drukowanych konstrukcji. Bez nich, powiedział DW, udowodnienie władzom, że drukowany budynek jest bezpieczny, jest niezwykle kłopotliwe.
Jednak nawet przy obowiązujących standardach, wiele przeszkód nadal stoi na drodze technologii druku 3D, zwłaszcza w przypadku budowy dużych budynków. Duże konstrukcje betonowe są zwykle wzmacniane stalą, aby wytrzymać siły, którym są poddawane. Jest to jednak trudne do wykonania w przypadku druku 3D, mówi Manu Santhanam, profesor na Wydziale Inżynierii w Indyjskim Instytucie Technologii w Madrasie w Chennai. Dlatego też druk 3D „nie wchodzi w grę" w przypadku budynków o więcej niż dwóch, maksymalnie trzech piętrach.
Arnaud Perrot jest bardziej optymistyczny – przynajmniej w dłuższej perspektywie. Z technicznego punktu widzenia nie ma powodu, żeby nie drukować wyższych budynków. W perspektywie krótkoterminowej uważa on zaś, że połączenie druku 3D i konwencjonalnej konstrukcji jest najłatwiejszym sposobem na realizację wyższych obiektów. Tak właśnie jest to w Heidelbergu, gdzie puste „wydrukowane" ściany są wypełnione zwykłym, wzmocnionym stalą betonem, aby zapewnić stabilność.
Zalety druku 3D
Jeśli chodzi o Indie, Santhanam widzi największy potencjał w budowaniu poza strukturami miejskimi, gdzie presja na powstawanie jak najwyższych budynków nie jest tak wyraźna, zwłaszcza w przypadku dużych nowych osiedli mieszkaniowych na obszarach wiejskich. – Jeśli drukujesz rząd domów, powiedzmy 20 lub 30 budynków, to 3D zdecydowanie przebije każdą inną technologię, ponieważ daje możliwość indywidualnego dostosowania każdego domu.
Perrot i Velden-Volkmann widzą też potencjał wzrostu w prefabrykacji modułów budowlanych w fabrykach.
Fatalny bilans CO2 betonu
Zależność technologii od betonu jako materiału budowlanego pozostawia głęboki ślad CO2 w bilansie środowiskowym. Beton zawiera jako spoiwo cement, którego produkcja była w 2022 roku odpowiedzialna za około siedem procent globalnej emisji dwutlenku węgla, mówi Robbie Andrew z Uniwersytetu w Oslo.
Naukowcy eksperymentowali już z innymi materiałami budowlanymi, takimi jak glina. Santhanam twierdzi jednak, że konkretne zalety konwencjonalnego betonu – wytrzymałość i trwałość – z pewnością nadal będą dominować w budownictwie nad drukiem 3D.
Na potrzeby centrum danych w Heidelbergu firma Heidelberg Materials dostarczyła specjalną mieszankę betonową. Według tej spółki notowanej na giełdzie Dax, która jest światowym liderem na rynku cementu, mieszanka ta wytwarza o 55 procent mniej CO2 niż konwencjonalny cement.