Nyomtassunk házakat!

Mindenki hallott már 3D nyomtatóval készült házakról, de még kevesen tudják, hogyan is működik ez a technika és mik az előnyei. E cikkünkben azt igyekeztük tehát körbejárni, milyen elérhető eszközök vannak a piacon, hogyan járulhat hozzá az új módszer a fenntarthatósághoz és merre tartanak a kutatások.

Az építőipar hatalmas változásokon ment át az elmúlt évtizedekben, és ez a tendencia máig sem változott. Felelős építészek nem győzik kapkodni a fejüket a szinte havonta megjelenő új anyagok és technológiák után, hiszen aki naprakész kíván maradni, annak követnie kell a változásokat. A 3D nyomtatás már jó két évtizede elérhető technológia, egyre elterjedtebb és egyre többféle alapanyagból képesek a nyomtatók végterméket előállítani. A világ – szerencsére – egyre inkább a környezettudatos, fenntartható környezetalakítás felé tolódik, ami az építőipart lassabban érte el ugyan a többi szektornál, jelenléte azonban egyre hangsúlyosabb.

Egy francia példa

Épületek 3D nyomtatása még új módszer, ugyanis bár a nyomtatók alkalmasak lettek volna a feladatra, a hagyományos beton szilárdsági tényezői miatt nem volt alkalmas a feladatra. Az áttörést a geopolimer beton feltalálása jelentette, amelynek gyártása ipari méretben csupán 2012-ben kezdődött. A geopolimer beton összetétele az ókori beton vizsgálatának eredményeként, annak továbbfejlesztésével jött létre.

A geopolimer beton

Geopolimer beton előállításához kiindulási anyagként az alapanyagok igen széles palettája használható fel, amelyek között az ipari hulladék (salak, pernye, téglaőrlemény, üveghulladék stb.) a legjelentősebb, hiszen némelyikük újrahasznosítása eddig nem megoldott probléma. Ezen felül az a geopolimer beton (vagy geopolimer cement) az alkáli aktivált anyagok közé tartizik, hasonlóan a klasszikus cementekhez, szobahőmérsékleten köt és a kiindulási anyagok, az előállítási paraméterek függvényében egészen extrém fizikai és kémiai tulajdonságokkal is felruházhatók.

Egy francia tudós, Davidovich találta fel az új anyagot, amelynek lényege, hogy a kötőanyag alapkomponensét nem egy kalcium gazdag (például salak) anyag szolgáltatja, hanem valamilyen üveges vagy amorf szerkezetű alumino-szilikát, amelyet lúgos, alkáli tartalmú oldattal kezelt. A jövőben több alkalmazási területen is helyettesíthetik a hagyományos cementeket, mert előállításuk jelentősen olcsóbb a hagyományos cementnél, hiszen kizárólag ipari hulladékanyagokból is előállíthatók. A kutatók évről évre újabb lehetséges alapanyagot fedeznek fel. Mára már sikerült perlitből, üvegporból, rizshéj hamujából és téglaporból is alkáli aktivált anyagot előállítani.

Egy magyar vállalkozás, amelyik már alkalmazza a nyomtatókat

A gyakorlat is azt mutatja, hogy nagy porozitású, szilárd szerkezetek létrehozására különösen alkalmas építőanyag készíthető ezzel a technikával, amelyek kis hővezetési tényezővel, és mellette megfelelő szilárdsággal rendelkeznek ahhoz, hogy a pórusbetonokhoz hasonló, szerkezettartó és hőszigetelő szerepet töltsenek be.

A 3D nyomtatók patronjába – leggyakrabban – ilyen geopolimer beton kerül, mely pár másodperc alatt fixálódik, ahogy elhagyja a nyomtatófejet. A nyomtatott beton nyomószilárdsága kétszerese a napjainkban használt födém beton szilárdságának, húzószilárdsága pedig meghaladja a 13Mpa értéket – ez az érték a normál beton esetében közel nulla. 1000 Celsius fokos égetés mellett 2 órán keresztül ellenáll a hőnek, amely a családi házakra vonatkozó elvárás négyszerese.

A technológia tervezési és kivitelezési szempontból

Közhely ugyan, de a szakemberhiány megoldását is jelentheti a házak nyomtatásának elterjedése, hiszen lényegesen kisebb munkaerő-igény szükséges egy ilyen építkezésre, a gépek méretpontosan, szakszerűen, soha nem fáradva és tévedve látják el a feladataikat. Egy robot a nap 24 órájában képes dolgozni és így napi 150 m² falfelületet képes elkészíteni 5 mm-es pontossággal, vagyis egy hagyományos családi ház pár nap alatt elkészíthető.
A nyomtatott házak jellemzően üreges falazattal készülnek, az üregek pedig zártcellás purhabbal, de akár természetes szigetelő anyagokkal is kitölthetők. E megoldásnak köszönhetően pedig az ilyen épületek a passzívház-követelményeket is teljesítik; a nyomtató pedig szinte teljes tervezői szabadságot biztosíthat, a nyomtató ugyanis bármilyen ívelt felületet képes precízen elkészíteni.

A nyomtatott ház-szerkezetek amellett, hogy a passzívházakra vonatkozó előírásokat is teljesítik, statikailag túlteljesítik a födémbeton teherbírását, tűzvédelmi teszteken 120 percen túl is elviselték az 1200 Celsius fokos hőmérsékletet, valamint rendkívül magas a földrengés elleni védelmük is.
Számos nyomtató érhető el a piacon, amelyek eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek ugyan, de – különösen amióta európai vállalkozások is beszálltak a piacra – olyan épületek létrehozására alkalmasak, amelyek megfelelnek az EU-s szabványoknak is. A különböző nyomatókról az alábbi linken találhatnak adatokat, az azonban általánosságban elmondható, hogy két külön úton indultak el a gyártók: vagy egy keretben mozgó, vagy egy önjáró robotra rögzített szórófejet helyeznek el a gépeken, amely szabadion mozogva egyenletes sávokban önti az építőanyagot a korábbi rétegre. E gépeknek leginkább méretbeli korlátai vannak, jellemzően 8-10 méternél magasabb épületek még nem készíthetők használatukkal.

A jövő

A nyomtatók rugalmas felhasználásának remek példája egy nemrég megjelent mintaprojekt, amely bizonyítja: ma már biológiailag lebomló anyagból is nyomtathatunk, föld és mezőgazdasági hulladékból felhasználásával, de már a geocementtel való nyomtatás 90 százalékkal képes csökkenteni a hagyományos építőanyagok előállításához szükséges CO₂-kibocsátást, ezáltal nem csak az épületek üzemeltetés lesz közel nulla károsanyag-kibocsátású, hanem az alapanyag előállítása is elképesztő mértékben csökkenthető. A 3D nyomtató legfőbb erénye emellett, hogy minden pillanatban ugyanazt a minőséget nyújtja. Egyértelműen a technológia további fejlődése várható tehát a közeljövőben. Az építészeknek tehát fel kell készülniük az új lehetőségek teremtette újabb kihívásokra.

Móré Levente