Brno, 22. ledna 2018 - Vypadají jako pórovité membrány z hodiny přírodopisu, jsou to však chytré stavební struktury, jejichž statické, dynamické a izolační vlastnosti lze na míru přizpůsobit. Zároveň mohou mít lepší vlastnosti než klasické stavební výplně. Řeč je o vzdušných organických tvarech, jež navrhuje tým Jana Podroužka z Fakulty stavební VUT.

Ty umožňují při nízké hmotnosti odolat vysokému zatížení, a to bez hrozby náhlého kolapsu. Zhruba kilový válec z kukuřičného škrobu v testech odolal zatížení pěti tun, teprve pak se zdeformoval.

„Všichni známe klasické stavební postupy, kdy vznikají převážně jednoduché pravoúhlé tvary tak, že se ukládá beton do připraveného bednění. S postupným nástupem 3D tisku ve stavebnictví nyní máme úžasnou možnost ovlivnit vnější tvar i vnitřní strukturu stavebního prvku tak, abychom získali mimořádně bezpečné a ekonomické stavby. Chytré stavební výplně připomínají organický pórovitý materiál a mimo jiné využívají principu dvojí křivosti, která ideálně přenáší zatížení,“ vysvětlil Jan Podroužek ze stavební fakulty brněnské techniky, který se výzkumu výplňových struktur pro 3D tisk ve stavebnictví věnuje už dva roky.

Jeho práce spočívá v matematickém návrhu a 3D tisku prostorových materiálů, včetně experimentálního a numerického ověřování jejich vlastností. Dosud tým Jana Podroužka využíval pro 3D tisk biologicky rozložitelné termoplasty, které se získávají například z kukuřičného či bramborového škrobu. I tak byl ale schopen vytisknout pórovitý válec, který při rozměrech 20 centimetrů na výšku i na šířku a hmotnosti 1,2 kilogramu unesl zátěž pěti tun, a až poté se začal postupným skládáním se do sebe deformovat. Výsledky výzkumu Jana Podroužka lze ale obecně uplatit i při tisku z cementových kompozitů nebo k životnímu prostředí šetrnější směsi bláta a rostlinných vláken.

„Některé klasické stavební konstrukce se mohou nečekaně a rychle zřítit. Úpravou vnitřní výplně stavebních prvků se ale hrozbě náhlého kolapsu můžeme vyhnout, a navíc získáme možnost sledovat historii nadměrného zatěžování. Pokud budeme hovořit o sloupu, tak výsledný prvek svým tvarem může připomínat část stromu s vnitřní strukturou podobné kosti. Najít onen optimální, organicky vypadající, vnější tvar je dnes poměrně běžné, existuje na to celá řada softwarových nástrojů. Hledání optimálních parametrů vnitřní struktury ale stále představuje otevřený mnohorozměrný problém, uvážíme-li řadu požadavků na statické, dynamické či izolační vlastnosti celku,“ dodal Podroužek, který působí na Ústavu stavební mechaniky, Ústavu automatizace inženýrských úloh a informatiky i ve výzkumném centru AdMaS.

Výzkum chytrých stavebních struktur je ve světě poměrně unikátní, v tomto rozsahu na něm pracují už jen odborníci na americkém MIT. Podle Podroužka je 3D tisk ve stavebnictví blízkou budoucností a lze ho uplatnit i ve vesmíru. Případná výstavba základen na Marsu či Měsíci se bez 3D tisku z místních zdrojů pravděpodobně neobejde.

Foto: archív VUT