Technika i gadżety

Domy z drukarki 3D

• Technika i gadżety
• 2022 / 12 / 19

Technologia budowy domów może ulec radykalnej zmianie. Choć brzmi to wręcz niewiarygodnie, obecnie można je już "drukować" na ogromnych urządzeniach zwanych drukarkami 3D. Nie chodzi o zbudowanie jakiegoś modelu domu dla celów wizualnych czy tworzenia pojedynczych elementów do wykorzystania na tradycjnej budowie. Chodzi o budowę w pełni funkcjonalnych, murowanych domów za pomocą sterowanej komputerem maszyny, będącej ogromną wersją drukarki 3D.

Pierwsze drukarki przestrzenne powstały już w latach 80-tych. Nazwa "drukarki" jest nieco myląca, bo kojarzy się z urządzeniem tworzącym obraz na papierze lub innym materiale, nakładając na niego warstwę tuszu lub toneru. Drukarka 3D napyla specjalny materiał warstwami, jedna na drugiej, dzięki czemu powstaje trójwymiarowy element.

Drukarki 3D upowszechniły się dopiero po roku 2000. Postęp technologiczny pozwolił na budowę tych urządzeń w rozsądnych kosztach. Udoskonalono też materiały, z których drukowane są trójwymiarowe elementy, choć wciąż mają one sporą cenę. Natomiast same drukarki 3D kosztują obecnie już tylko kilkaset dolarów. Oczywiście w takiej cenie mają one ograniczone rozmiary, przez co mogą produkować tylko niewielkie elementy.

Rozwój tych urządzeń poszedł jednak jednocześnie w dwie strony. Nie tylko zaczęły pojawiać się małe drukarki do domowego użytku, ale też coraz większe maszyny, pozwalające na tworzenie dużych elementów. Było kwestią czasu, aż powstaną tak wielkie maszyny, że potrafią "wydrukować" nawet dom. Obecnie istnieją już nie tylko takie maszyny, ale i domy, które one stworzyły.

Co ciekawe, pierwszy budynek powstał w Jarosławiu, w Rosji. Było to już w 2017 roku. W tym samym roku wydrukowano biurowiec w Dubaju, a w Kopenhadze wydrukowano pierwszy dom w 2018 roku. W Malawi istnieje pierwsza szkoła z drukarki 3D, a w Georgetown, w Teksasie, rozpoczęto budowę całego osiedla tą technologią. Ma tam powstać w ten sposób 100 domów.

Jak wygląda drukowanie domów? Najpierw trzeba położyć fundamenty, tak samo jak pod każdy dom. Wznoszenie ścian jest jednak już automatyczne i bardzo szybkie. Wygląda praktycznie tak samo, jak w zwykłej drukarce 3D, tyle że skala urządzenia jest dużo większa. Ogromne mechaniczne ramię dźwiga rurę, dostarczającą cement do dyszy na jej końcu. Ramię i dozowanie cementu sterowane jest komputerem, według wcześniej przygotowanego programu, odpowiadającego projektowi domu.

Mechaniczne ramię drukarki kładzie kolejne warstwy betonu lub specjalnej masy spełniającej tę funkcję.

---

Cement wylewany jest w stosunkowo cienkich warstwach, kładzionych jedna na drugą. Największym problemem związanym z tą technologią jest przygotowanie cementu lub innego, odpowiedniego materiału do budowy. Tradycyjny cement nie może natychmiast po wylaniu być obciążony następną warstwą. Musi pozostać w szalunku do zastygnięcia. To spowalnia drukowanie ściany. Dlatego "drukarze" domów chętniej używają specjalnych materiałów, lepiej nadających się do szybkiej budowy. W momencie użycia muszą one spełniać dwa skrajne warunki. Z jednej strony być na tyle płynne, że łatwo się z nich formuje dowolne kształty i łączą się z poprzednią warstwą, a z drugiej muszą być na tyle twarde, że utrzymują swój kształt i w krótkim czasie są gotowe do przyjęcia następnej warstwy.

Takie materiały już istnieją. Mają nazwy nawiązujące do angielskiego określenia betonu concrete - są to np. lava-crete albo hempcrete. Co ciekawe, wielu ekspertów upatruje właśnie w tych materiałach największej obecnie zalety drukowania domów. Tradycyjny cement wymaga bowiem do wytworzenia dużej ilości ciepła, powoduje więc emisję dwutlenku węgla. Ocenia się, że jego produkcja to aż 8% emisji CO2 światowego przemysłu. Tymczasem produkcja np. hempcrete nie tylko nie powoduje emisji tego gazu, ale wręcz go pochłania. Hempcrete to biokompozyt wykonany z mieszanki drzewnego rdzenia rosliny konopi, spoiwa wapiennego i wody.

Poszukiwanie idealnego materiału ciągle trwa, a dostępność istniejących alternatyw dla cementu jest dość ograniczona. Jednak drukowanie domów ma dużo innych zalet, które powodują, że technologia jest atrakcyjna już dziś. Do najważniejszych należą zapewne cena i szybkość budowania. Powstały już nawet mity, że dom można wydrukować za 10 tysięcy dolarów w 24 godziny. To nieprawda, bo drukarka 3D pozwala na zbudowanie jedynie murowanych ścian. A potem dom trzeba jeszcze wykończyć. Ale np. otwory na okna i drzwi mają idealne wymiary i nie wymagają żadnego dopasowania. Ponadto stawianie ścian trwa rzeczywiście tylko 1-2 doby.

Atrakcyjna jest także cena. Już obecnie wynosi ona 5-10% mniej niż koszt stawiania konstrukcji drewnianej. Wynika to m.in. z minimalnej liczby ludzi potrzebnych do operowania drukarką i krótkiego czasu ich pracy. Zaletą jest też ograniczenie odpadów aż o 60%. Produkowane jest bowiem tylko tyle materiału, ile trzeba. Nie ma uciętych kawałków desek, żadnych resztek, ani pomyłek. Naukowe badania z 2018 roku pokazały, że ceny mogą być niższe nawet o 35%.

Drukarka 3D do budowy domu ma spore rozmiary.

---

A w efekcie powstaje murowany dom, który zapewne będzie bardziej odporny na huragany czy inne katastrofy naturalne niż konstrukcja drewniana. Pełne dane na ten temat będziemy mieli dopiero po latach, ale pierwsze próby wydrukowane domy już przeszły. Gazeta "The New York Times" podała we wrześniu, że doszło do tego w mieście Nacajuca, w Meksyku. Wydrukowane tam domy przetrwały ekstremalne warunki, w tym trzęsienie ziemi o sile 7,4 stopni w skali Richtera.

Może dlatego technologią zainteresowana jest m.in. Japonia. Tamtejsza firma Serendix wybudowała modelowy dom, a właściwie betonową formę w kształcie kapsuły za 25 tysięcy dolarów. Kształty w ogóle nie są żadnym problemem. W Czechach zbudowano np. budowlę przypominającą łódź podwodną. W przypadku tradycyjnego sposobu budowania domu, każda nieregularność kształtu, każde załamanie ściany, to rosnący koszt. Dla mechanicznego ramienia nie ma żadnej różnicy, według jakiego programu się porusza.

Producenci mają nadzieję, że polem do rozwoju będzie m.in. Ukraina. Zniszczenia wojenne wymagają szybkiej odbudowy. Władze państwowe mogą też stworzyć ułatwienia od strony prawnej. Bo obecne przepisy komplikują w niektórych miejscach zastosowanie technologii drukowania domów. W Europie jest nieco lepiej, bo przepisy dotyczą zwykle całego państwa, więc ich dostosowanie otwiera od razu duży rynek.

W Stanach Zjednoczonych jest mnóstwo regulacji lokalnych. Barierą jest także tradycja budowania domów z drewna. Na 912 tysięcy domów zbudowanych w 2021 roku tylko 10% stanowiło domy murowane. A wydrukowano ich zaledwie 10 sztuk. Producenci maszyn do budowania domów widzą jednak potęgowy wzrost zainteresowania. Tylko jedno wspomniane osiedle w Teksasie będzie miało 10 razy więcej domów wydrukowanych.

Faktem jest jednak, że na razie jest sporo elementów hamujących popularność tej technologii. Oprócz przepisów i ograniczonej produkcji materiałów, brakuje też odpowiednich fachowców. Potrzebni są operatorzy drukarek, chemicy do przygotowania materiału, a nawet konstruktorzy domów, którzy mają umiejętności nie tylko architektoniczne, ale i zrozumienie specyfiki budowania przez zaprogramowaną maszynę. Dlatego firma Alquist 3D prowadzi już rozmowy z uczelnią Virginia Tech na temat uruchomienia odpowiednich kierunków studiów.