Rozhovory z vejšky – Rudolf Hela

Vojenské bunkry z 3D tisku, které jsou hotové za 25 minut. Jak je to možné? A k čemu nám taková technologie je?

Na všechno získáš odpověď v dnešním rozhovoru s profesorem Rudolfem Helou z Ústavu technologie stavebních hmot a dílců Fakulty stavební VUT.

Čas potřebný pro přečtení: 4 minut

Vy se zabýváte takovou zajímavostí a sice tvorbou betonových zábran a bunkrů pomocí 3D tisku pro Ukrajinu. Mohl byste nám prozradit, jak jste se k tomu dostal?

Bylo to docela jednoduché. Podílím se na tvorbě 3D tisku s firmou ICE, která má sídlo ve Žďáře nad Sázavou. Setkali jsme se spolu v srpnu 2021, kdy tato firma, která je zaměřená na montáže robotů, robotizaci velkých podniků zejména automobilový průmysl, přišla s myšlenkou věnovat se 3D tisku betonu. Velmi rychle jsme našli společnou řeč a 3D tisk, tak jak jsme ho chtěli společně koncipovat, byl zaměřený na tisk staveb. Ne známé věci jako malé květináče, zahradní prvky, lavičky a městské mobiliáře, ale vývoj technologie, která by měla perspektivu tisknout do budoucna budovy, případně velké prefabrikáty.

V podstatě jsme za 3 týdny po prvním setkání začali velmi rychle tisknout s dostupných pytlovaných prefabrikovaných směsí. Postupně jsme se dostávali do fáze, kde jsme začali přecházet od prefabrikovaných směsí na vlastní receptury tisknutelných betonových směsí. Následně pak před asi měsícem a půl možná dvěma při návštěvě generála Pavla ve Žďáře nad Sázavou došlo ke kontaktu mezi Ing. Vránkem, který je majitelem společnosti ICE.  Došlo taky na to, že by některé tištěné prvky by se daly uplatnit v armádě, případně jako bezpečnostní prvky, třeba zábrany proti teroristům a podobně.

Po diskuzích byl navržen první systém jednoduchých krytů a vytiskly se první kusy z vlastních receptur, nejsou to pytlované směsi. Receptury se míchají jako mokré směsi a dováží se přímo k robotům na tisk ve Žďáře. Vytiskly se první kusy a domluvily se zkoušky s Vojenským výzkumným ústavem v Brně.

Tam se udělaly první zkoušky proti střelbě z lehkých pěchotních zbraní, které vyhovovaly. Na základě toho došlo velmi rychle ke kontaktu s ukrajinskou konzulkou a následně s lidmi z Ukrajiny, kteří projevili o toto řešení zájem. To je krátká historie, jak jsme se k tomu dostali. Vytiskly se první série, které se dál testují.

Mohli bychom nějak probrat postup vytváření bunkru nebo zábrany? Popřípadě jaké materiály využíváte?

Postup vytváření je takový, že se udělá projekční návrh. Z hlediska tvaru to vychází ze známých koncepcí, které vojáci používají. Výhoda toho je, že to jsou všechno díky 3D tisku zakulacené plochy, což je dobré kvůli tomu, že při nárazu střely, kulaté hrany střelu vybočí, není to kolmý dopad s přímým průrazem. Což je využití přirozeně 3D tiskem vzniklých zborcených kulatých ploch.

Pro tento účel je výhodou 3D tisku, že se dají tisknout různě zakřivené plochy. Technologie je udělaná tak, že v současné době se používají, jak jsem říkal, vlastní betonové směsi. Řekl bych, že je to v současné době skoro rarita, protože používáme mokrou technologii. To znamená mokré směsi dovezené na místo tisku se zrnitostí kameniva do 4 až 8 mm, což nám umožňuje tisknout stopy široké 60 až 80 mm. To je stopa, která vytváří jednu stěnu. Výška stop se pohybuje kolem 25 až 30 mm. Rychlost tisku, při těchto materiálech je někde mezi 300 až 500 mm za vteřinu, takže je to velmi rychlá technologie.

Samotná tisková hlava je vyvinutá jako speciální konstrukce, která nám umožňuje to, že děláme tzv. dvou komponentní technologii. Naše vlastní mokré směsi, do kterých se až v tiskové hlavě přidávají urychlovače, což nám umožňuje rychlý tisk i z hlediska rychlosti kladení jednotlivých vrstev na sebe. Tisk toho jednoduchého krytu trvá zhruba nějakých 12 až 13 minut.

Za 12–13 minut máte hotový jeden kryt?

Ano, v té menší verzi.

A bunkr?

Kdybychom tiskli třeba tu větší koncepci, která je pro více osob, tak do výšky 2-2,5 m to bude do 25 minut na 1 element.

Jak tyhle objekty dovážíte na Ukrajinu?

V současné době je situace taková, že minulý týden odjelo 7 menších variant a 1 montovaná větší varianta na Ukrajinu. Běží doprava materiálů pro betonové směsi, které jsou na vytipovaném území na Ukrajině k dispozici. Vzorky bych měl dostat někdy během týdne/čtrnácti dnů. Na základě rozborů vzorků písků a cementu upravíme receptury směsi, které budou odzkoušeny u nás. Následně bychom měli dostat větší vzorky surovin, abychom vyzkoušeli tisk objektů na stávajícím zařízení ve Žďáře.

Je nachystaná mobilní jednotka tzn. kompletní robot se vším zařízením, s čerpadly, s mísícím zařízením. Kontejnerová verze na jeden kamion, který dokáže přemístit tohle zařízení na Ukrajinu a počítá se, že se bude tisknout na Ukrajině, ne zde.

Objekty se už využívají?

Zatím se zkouší.

Víte počet? Je to jenom to, co jste dopravili minulý týden?

Zatím je tam dopraven jen ten počet, co jsem řekl.

Máte v plánu do budoucna něco dalšího, nebo to nějak upgradovat?

No tak upgradovat, pokud se to na té Ukrajině zrealizuje, tak je zatím dohoda, že by tam měla být jedna tiskárna, která by tiskla tyto objekty přímo na Ukrajině pro okamžité potřeby, které dneska Rusko-ukrajinská válka vyžaduje. Samozřejmě jsou tady nějaké koncepce, které se domlouvají i pro Českou armádu.

Když jste teď zmínil okamžité potřeby, tak neměl by beton přeci vyzrát? Za jak dlouho tyto objekty můžeme využít?

Výhoda toho je, že všechno velmi rychle urychlujeme v samotné tiskové hlavě. To znamená těsně předtím, než beton tisková hlava vytiskne, tak řádově možná půl vteřiny urychlujeme. Urychlovače máme odzkoušené, jsou velmi intenzivní, takže jsme schopni manipulovat s těmito prvky do 30 minut. Aby se daly manipulovat tak, že jdou z prostoru, kde se tiskne na volné prostranství.

Náběhy pevností jsou velmi rychlé. V podstatě, kdyby hodně, tak do 5 dnů máme konečné pevnosti. To je dáno technologií použití urychlovačů a kombinace se superplastifikátory, je to obdoba technologie jako stříkané betony. Náběhy a současné pevnosti na tyto prvky se pohybují kolem 50 MPa.

Máme namyšlené varianty tisknutelné z takzvaných ultra vysoce pevnostních betonů kolem 100 MPa. Což vzhledem ke složení, si myslíme, že tyto materiály budou lépe tisknutelné než směsi, které mají třeba 40/50 MPa.

Je to otázka toho, jaký bude požadavek z testů, které probíhají na Ukrajině a které ještě budou probíhat v Česku, jak a jaký typ střely zastavit.