Aditivní výroba ve stavebnictví

MM: Proč jste se jako firma etablovaná v oboru automatizace strojírenské výroby, metalurgie a logistiky rozhodli svoje působení rozšířit ještě do oblasti stavebnictví?

T. Vránek: Nelíbí se nám poměry, které v některých oblastech strojírenství panují. Zejména v oboru automotive jsou menší dodavatelé pod příliš velkým tlakem velkých odběratelů. Neexistuje žádné partnerství, kde by zákazník podporoval svého dodavatele. Jediným kritériem je cena. V řetězci just-in-time ti velcí a silní likvidují ty slabé, a pak si stěžují, že jim chybějí díly do výroby. Proto jsme se rozhodli hledat uplatnění svých dovedností v jiném oboru. Chtěli jsme se pustit do skutečných inovací, protože si myslíme, že ty nejúspěšnější firmy skutečně dělají elementární vývoj a výzkum. Pro naše zkušenosti z průmyslu jsme hledali uplatnění v jiných oborech a po zpracování pečlivých analýz jsme vybrali stavebnictví, protože zde se ukazuje největší prostor pro inovace. Ve srovnání se strojírenstvím, které je posedlé efektivitou, je stavebnictví úplně jiný svět a jakékoliv zlepšení je poměrně rychle dosažitelné.

MM: V čem vidíte hlavní přínos 3D tisku betonových prvků stavebních konstrukcí?

T. Vránek: Technologie lití betonu do připraveného bednění se používá už dva tisíce let a je to jediná zatím možná technologie, nutí nás však používat až o sedmdesát procent víc betonu, než je potřeba. Možnosti vytvořit vnitřní strukturu betonové konstrukce jsou velice omezené – buď je to technicky nemožné, nebo příliš drahé. My díky možnostem přesné aditivní výroby můžeme uspořit beton, což by mělo přinést jak ekonomické úspory, tak snížit ekologickou zátěž, protože složení směsí, na které cílíme, by mělo být postupně ekologičtější. Beton má nálepku neekologického materiálu, ale nemáme jej čím nahradit. Pokud by se celosvětově například zvýšila spotřeba dřeva jako stavebního materiálu, mělo by to na naši planetu velmi výrazný negativní dopad – jiný materiál se srovnatelnými vlastnostmi v podstatě neexistuje. Můžeme však zrevidovat složení betonu tak, aby byl co nejekologičtější, a najít taková řešení, abychom jej pro stavbu použili co nejméně. S tím souvisí potřeba věnovat se současně třem oblastem, které tvoří neoddělitelné spojené nádoby. Jde o techniku, materiály a struktury, které dokážeme vytvořit.

MM: Vyvíjíte tedy nejen technické prostředky – stroje na zpracování betonové směsi a na její nanášení na určené místo – ale i vhodné tvary tištěných prvků?

T. Vránek: Ano, významnou částí našeho výzkumu je vývoj takových struktur, které pomocí parametrického designu a organické architektury umožní dosáhnout stejné pevnosti a dalších technických a technologických vlastností budovy s použitím menšího množství materiálu. To známe z 3D tisku kovových a plastových dílů: Dutý objekt s vhodnou vnitřní strukturou, například objekt podobný včelí plástvi, je pevnější než stejný objekt z plného materiálu. My máme tým, který paralelně s vývojem techniky a automatizace vyvíjí struktury stavebních konstrukcí, díky čemuž šetříme materiál. Materiál zároveň musíme přizpůsobovat možnostem aplikace. Nejde jen o strojovou část, ale jde i o kombinaci materiálu, techniky a struktur. To je základ naší práce.

Jako vedlejší efekt se projevuje to, že architektům nabízíme úplně nové možnosti stavění. Začali jsme spolupracovat s architektem Jiřím Vítkem, který vyučuje na VUT v Brně parametrický design a v této oblasti patří mezi přední české odborníky – specializuje se též na organickou architekturu. Společně s ním vyvíjíme tvary, které je možné vytvořit.

MM: Řekněte nám také něco o té technice. Každého na první pohled zaujme robotické rameno, které manipuluje s tiskovou hlavou. Je to ten hlavní výsledek vašeho vývoje?

T. Vránek: Všichni se rádi baví o pojmech, jako jsou 3D tisk a roboty. Pro nás je to jen jedna forma technologie, v podstatě jde jen o přesnou manipulaci s materiálem, robot je jen druhořadá záležitost – forma manipulátoru. Jde jen o to, jak beton dostat na dané místo a jak ho technologicky zpracovat tak, aby správně tvrdnul a měl potřebné vlastnosti, aby vytvořená struktura měla požadované parametry.

Co se týče techniky, jsme jedni z mála firem na světě, které do stavitelství a 3D tisku betonu vstoupily z oboru automatizace. Vlastně jsme všechno postavili na sběru dat. Díky našemu hlavnímu podnikání v oblasti strojírenství jsme zvyklí sbírat data a vyhodnocovat je a s těmito prostředky chceme dosáhnout plně automatického, ideálně sebeřízeného celku. Beton se na stavbách (na rozdíl od laboratoří nebo dílen) aplikuje v proměnlivých podmínkách, na výsledek má vliv teplota, vlhkost, sluneční svit nebo vítr. Chtěli bychom pomocí neuronových sítí a umělé inteligence vytvořit autonomní systém, který dokáže měnit parametry přidávání přísad v průběhu tisku.

Jedním z nosných pilířů našeho technického vývoje je vývoj vlastní tiskové hlavy, což je zařízení, které homogenizuje směs s urychlovači a dalšími přísadami a automaticky reguluje množství dávkovaného materiálu.

MM: Máte veškerý vývoj pod vlastní střechou, nebo spolupracujete s dalšími subjekty, případně kupujete hotová řešení?

T. Vránek: Naše firma ICE je systémový integrátor. My nepotřebujeme všechno vlastnit, vyvíjet a vyrábět sami, rádi si produkty koupíme od jiného výrobce. Bude-li existovat dané řešení, nemáme důvod jej vyvíjet vlastními silami. Jestliže na trhu odpovídající řešení nenajdeme, zapojíme vlastní konstrukci a vyvíjíme vlastní řešení. Tak je tomu v případě tiskové hlavy, na jejímž vývoji u nás nyní pracuje tým pěti lidí. Na celém projektu se podílí tým pětadvaceti automatizačních odborníků. Snažíme se v krátké době vyvinout řešení, jehož prostřednictvím bychom ještě letos vytiskli první objekty, abychom mohli analyzovat jejich technologické vlastnosti a použitelnost pro další stavby. Už nyní máme první reálné poptávky a pracujeme na konkrétních testovacích stavbách.

MM: Zmínil jste také vývoj ekologičtějších betonových směsí. Co si pod tím můžeme představit?

T. Vránek: Snažíme se vyvinout vlastní beton, který bude možno vyrobit z lokálních materiálů. Pomocí různých chemických přísad do betonu – superplastifikátorů a akcelerátorů – chceme vytvořit takový koktejl přísad, který nám umožní tisknout konstrukce z lokálních zdrojů: z lokálních cementů, lokálních písků a z dalších materiálů, jejichž využití přispěje k ekologičnosti tím, že se nebude velké množství materiálu dopravovat na dlouhé vzdálenosti. Cílem je vyvinout i materiály minimalizující množství použitého cementu, který je pro planetu velkou zátěží. Inspirací může být návrat ke kořenům, kdy se domy stavěly z vepřovic, tedy cihel tvořených ze směsi zeminy a různých přírodních materiálů.

MM: Jakou roli v tomto projektu hraje nedávno založený institut EIMAC (Evropský institut pro materiály, automatizaci a výstavbu)?

T. Vránek: Institut EIMAC jsme založili jako nezávislou platformu, která propojuje různé firmy a vědecká pracoviště na vysokých školách. Institut se společně s naší firmou ICE stal součástí platformy Národní centrum stavebnictví 4.0 a chtěli bychom se propojit s ČKAIT (Českou komorou autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě). Chceme, aby tato platforma pro propojování firem a odborníků z oboru automatizace a digitalizace ve stavebnictví stála mimo firmu a byla zcela nezávislá a otevřená pro spolupráci se všemi subjekty. Do dozorčí rady institutu EIMAC jsme přizvali odborníky, jako jsou prof. Petr Konvalinka, prof. Rudolf Hela, architekt Michal Postránecký a další, kteří jsou zárukou odborné úrovně. Institut sám žádný vývoj neprovádí, jeho cílem je propojovat firmy a pracoviště vědeckých institucí a přispívat k rozvoji jejich spolupráce.

MM: Jaké jsou finanční zdroje pro váš projekt 3D tisku betonu a jak jej zajišťujete personálně?

T. Vránek: Musím ocenit podporu Petra Otavy a celé skupiny MTX Group, kterou máme v zádech. Díky nim si můžeme dovolit do takovýchto inovací investovat. Žádali jsme sice i o dotace na vývoj a výzkum, ale příslušným lidem na ministerstvu tento projekt nepřipadal dostatečně inovativní. Budeme se tedy snažit investovat výhradně vlastní prostředky a na své fungování si i nadále vydělávat sami. O to lepší bude pocit, že projekt, kterému věříme, dokážeme realizovat z vlastních peněz. Naše investice do projektu zatím dosahuje výše padesáti milionů korun. Pomáhá nám i naše firemní kultura. Způsob řízení firmy bez složité hierarchie nám umožňuje pružně vytvářet nové pracovní týmy. Během několika týdnů jsme dokázali vytvořit zcela nový tým, který začal pracovat na diametrálně odlišném produktu.

Naši naději na úspěch posiluje i zájem světových výrobců. U nás ve Žďáru nad Sázavou už byli zástupci oddělení výzkumu a vývoje předních světových betonářských firem, výrobci míchacích a čerpacích zařízení a také výrobci robotů. Jejich zájem, stejně jako zájem předních českých architektů mne utvrzuje v tom, že jsme se vydali správným směrem. Míra zájmu o naše počínání mne překvapila. V oboru průmyslové automatizace jsme byli vždy jedna z mnoha podobných firem. Nyní se nám ozývají pracoviště z univerzit doslova z celého světa, což nám dává naději, že jde o produkt, který může mít skutečně globální dopad. Teď už je jenom na nás, jak to uchopíme.

MM: Firma ICE se do stavařiny pustila se zkušenostmi z několika jiných, v mnohém velmi odlišných oborů. Vnímáte to jako výhodu, nebo je to spíš hendikep?

T. Vránek: Široký záběr naší firmy od metalurgie přes automotive a logistiku až po stavebnictví je naší obrovskou výhodou. Díky tomu dokážeme zkušenosti z jednoho odvětví využít v druhém. Jako příklad mohu uvést princip sběru dat, pro který máme vlastní software DatICE. Dlouho jsme marně hledali univerzální softwarový nástroj na sběr dat, který by dokázal napříč všemi stroji a technologiemi posbírat všechna data pro následné zpracování. Existující nástroje byly buď moc jednoduché, nebo zase příliš složité. A tak jsme si vyvinuli software, který dokáže získat z jakéhokoli stroje jakákoli data. Právě tento software je nosným pilířem fungování naší 3D tiskárny. Vyměnili jsme míchačky, čerpadla a pohony, vybavili je potřebnými senzory a všechno propojili do systému, který zároveň pomocí profiloměru vyhodnocuje tvar tištěné stopy a na základě všech dat koordinuje dávkování aditiv do betonové směsi, výkon čerpadel a rychlost pohybu tiskové hlavy. V budoucnu chceme využít umělou inteligenci a neuronové sítě k autonomnímu řízení celého systému. Snem všech výrobců je prediktivní kvalita produkce a s využitím těchto nástrojů bude možné tento sen uskutečnit. To všechno vychází z našich zkušeností z různých oborů – z každého oboru jsme si vzali to, co funguje, a snažíme se to poskládat do jednoho prakticky funkčního celku.