El tudjuk képzelni a tejszínes tömlő tortadíszítését, épületléptékben, folyékony betonból? A térbeli nyomtatásról a legbiztosabb, ami elmondható, hogy „still in progress”: váltig alakulófélben van és fejlesztés alatt áll. Minden kivitelezési feladat, úgy a produktumok, mint a nyomtatószerkezet fejlesztésére vonatkozó értékes tapasztalatokat ígér. Ezeket gyűjtöttük csokorba.

Nem csak papírt nyomtatni

Ahogy a „(mobil)telefon” szavunk értelme – az egyre több integrált funkció miatt – váratlan mértékben kitágult, úgy készül a „nyomtatás” fogalma is elrugaszkodni a papírfelületek világának evidenciáitól. A térbeli nyomtatás technológiájáról már egy évtizede megjövendölték, hogy átformálhatja a jövőt, benne tárgykultúránkat és épített környezetünket. Vajon mennyire kiabáltuk el: kihunyt volna a kezdeti fellángolás tüze?

A háztartási (pót)alkatrészek terén a tárgyelőállítási tevékenységünk szűkkörűségéhez híven a 3D nyomtatók lakossági elterjedése meglehetősen szerény sebességgel zajlik. Nem úgy az ipari felhasználás (jármű- és szerszámgépgyártás) vagy a regeneratív orvoslás világában, ahol a háromdimenziós nyomtatás számos területre kivetette a hálóját és egy-egy új ötlet megvalósítására startup-vállalkozások ezreit gründolják, hogy meglovagolhassanak egy kínálkozó versenyelőnyös helyzetet. A trendpublicisztikák legkevésbé az építőiparban várták, hogy a technológia egyáltalán meg tudja vetni majd a lábát.

Mi is az „additive manufacturing”?

A 3d printer maga a kaszkádosított, többes áttétellel tárgyiasult tudáserő. Végtermékei pedig az emberi agy komputerizált tervezőasztalának az emberi kéz alkotta szervek (a 3D nyomtató robotkarjai) által alkotott tárgyai. Valamilyen magától vagy hő/fény segítségével szilárduló folyós, zselés vagy porszerű anyagból rétegről rétegre felépített objektumok.

Asztali méretekben leginkább hőre lágyuló (termoplasztikus) műanyagszálak lesznek megolvasztva, szintvonal-szerűen egymásra rakva és megszárítva. De működik ez finomfémpor lézer szinterezésével pl. a fogászatban, vagy UV-fénnyel szilárdított folyékony műgyantával a sztereolitográfia eljárásaiban.

Az építészet terén közben a biztos elméleti tudás, az intuíció és gyakorlati készség mellé felzárkózóban van, sőt olykor már előz is a tűpontos gépi tervezés. Ennél nőhet a tervezői szabadságfok és a kísérleti hajlam, sőt a rendszerszintű gondolkodás, amennyiben a formakialakításhoz gépi optimalizációs segédlet társul.

A homlokzatok legújabb, lekerekített formavilága ezért ma már leginkább egyfajta „kalkulált esztétika” megnyilvánulása. A fejlődő technológiák révén a funkcióhoz rendelt újszerű forma már diktálni is tudja az addig vele egyenrangú komponenseket, az anyagot és a szerkezetet.

Kőműves printerek

Ennek hathatós kiszolgálója lehet a 3D-s nyomtatás, amelynek őstípusai alapján építész-tervező koponyák több évnyi folyamattal elkészítették a nagyobb, XL-es és újabban már XXL-es kivitel óriásgépeit. Ezek masszív  töltőanyaga a műanyagon kívül főként a beton, a kompozit, a fémötvözet vagy a vályog lettek, és még sok minden más. Két fő területen is hódít a technológia: gyors és tartós elemek, monolit szerkezetek létrehozásában (daruval vagy keretszerkezettel), valamint a korábbiaknál jóval kisebb tömegű csomópontok előregyártásában, amelyeket aztán drón illeszthet a helyükre.

Ugyanakkor döntően még nem nettó nyersanyag-felépítményről beszélünk, hanem formára szabott nyersanyagokból összeállított felépítményről, amelyhez emberi kéz bizonyos munkája még elengedhetetlen. A részletgazdagabb és dizájnelemeket tartalmazó kisebb épületeket szerkezetkészre hozhatja egy falnyomtató, míg a nyílászárók, gépészet és elektromosság, tetőszigetelés az iparos dolga marad.

Közelebbről pedig jellegzetes textúrájúak a 3D-nyomtatású falak: egymásra rakódott gyűrűs rétegeltségük szembetűnő. A vékony csíkozottságban vízszintesen bordázott felületen itt-ott nyomtatási hibák látszanak, a „félhurkák” avagy redők olykor egyenetlenek, akár a balatoni táj vulkanikus hegyeinek bazaltorgonái.

Gui le chat, | Forrás: Wikipédia

A 3D nyomtatós építkezés „powerhouse”-ai

Leginkább a fejlett világ néhány innovatív vállalkozásáról lehet beszámolni, amelyek az elmúlt 5-6 évben valamiben az elsők voltak: tető alá hozott építményeiknek a műfaj valamely szegmensében még nem volt előzménye. Az időegyenesen Kína feltétlenül éllovasnak nevezhető, miután több vállalatuk fejlesztett hatalmas (6,6 m magas, 10 m széles, 40 m hosszú) 3D nyomtatókra épülő szerelősort, melyekkel új értelmet adtak a „házgyár”-kifejezésnek.

Külön legyártott épületmoduljaikat 5 emeletes, 1100 m²-es társasházakká szerelték össze, hogy egy ipari park területén költséghatékony munkásotthonokat létesítsenek. Betonkeverékükhöz üvegszállal kevert cementet, acélt, újrahasznált építési törmeléket és keményítőanyagokat használnak – mely rugalmasabb, a Föld szeizmikus tevékenységeivel szemben is ellenállóbb struktúrát hoz létre.

Emellett két éve náluk adták át a világ eddigi legnagyobb nyomtatott betonhídját. Egy sanghaji egyetemi együttműködéssel gyalogosforgalmi célokra épült függőhíd 26 m hosszú és 3,6 m széles. Polietilénrostok kompozitjából és más cementkeverékből készült, miután 1:4 méretarányú változatán előzetesen terheléses vizsgálatokat végeztek.

Padlószerkezeti belsejébe barázdált agyfelszínre vagy egyes korallokéra hasonlító üreges mintázatot képeztek ki, melyek kaviccsal töltöttek fel. Rezgés- és feszültségmérőket építettek bele, melyekkel valós időben tudják detektálni a hídat érő erőhatásokat és deformációkat. Egy rendkívüli teherbírású hollandiai „kistestvéréhez” hasonlóan anyagszerkezeti mérések nyomán ennél is csak a statikailag feltétlenül szükséges helyekre került beton.

A hi-tech olajkalifátus

Dubaj szintén hangsúlyos szereplő, amennyiben 2016-ban egy 250 m²-es nyomtatott irodaépületet húzott fel bő két hét alatt, míg tavaly már egy 640 m² kétemeletes közigazgatási hivatali épülettel jelentkeztek be a legnagyobb összefüggő alapterület címére. Helyi gyártó speciális cementkeveréke illetve vasbetonos megerősítésű gipszkészítménye vizsgázott, ahogy a daruval át- és átemelt egyetlen nyomtatószerkezetes technológia is egy sivatagi helyszín körülményei közt kellett bizonyítson.

A sokáig a világ toronydaruinak relatív többségét foglalkoztató öbölállam nem lassít és néhány éven belül a világ első 3D-nyomtatott felhőkarcolójába készül belefogni, 2030-ra pedig az emírségi új építések 25 %-át már szintén printerrel végeznék. A vendégmunkások államában ezek a megalomán tervek ezen új hulláma kivételesen az élőmunka végletes túlóráztatására és balesetveszélyességére lehet majd enyhítően jótékony hatással.

Az USA találmánygyáraiból

Az Egyesült Államokból egy globális hajléktalanság ellen küzdő nonprofit szervezet jár az élen építőcéges kollaborációk segítségével a 3d nyomtatású építészet grandiózus projektjeiben. Előbb néhány éve Mexikó déli részén álmodott meg és fogott bele egyszintes, 45 m²-es házakból álló telepes közösségi lakóparkba saját szabadalmazott cementmixével a vidék mélyszegény rászorultjai számára, a terveket a célcsoport hétköznapi szükségleteihez és kulturális kereteihez igazítva.

Az 50 épületes elgondolás a fizikai veszély vagy természeti katasztrófa által sújtott csoportok expressz gyorsasággal létrehozható menedékfalvainak egyfajta prototípusa. A csapott tetős építmények felhőszakadás és hurrikán, áradás és áramkimaradás eseteire egyaránt fel vannak szerelve – idén év elején már egy 7,4-es magnitúdójú rengést is kiálltak.

Az üzenet nem más, mint hogy az innovatív technológiák nem kell, hogy csak utolsósorban érjenek el a leghátrányos helyzetűekhez. A 24 óra alatt „kinyomtatható” ház modelljét ezért főképp más hasonló humanitárius szervezettel vagy a szándékaikban osztozó kormányzatokkal osztanák meg világszerte.

Az USA területén pedig a Kalifornia államot sújtó – és éveken belül több millió új otthon építését kikényszerítő – lakhatási válság egyik ellenszereként fogtak bele egy kizárólag 3D-nyomtatású külterületi lakóövezet felépítésébe. Az üzleti vállalkozás tehetősebb vevőkre számít a 2 hektáros területre épülő 15 családi ház esetében, melyeknek 135 m²-ei mellé még egy kisebb lakóépület és majd’ 1000 m²-es medencés telek is jár.

A folyamat 80 %-a automatizált, az előregyártott elemekből acélvázas házakat állítanak össze. A zéró károsanyagemisszió számai ugyanakkor árnyalandók annak fényében, hogy közben a sivatag közepét kell közművesíteni, lebetonozni és aszfaltozni.

A tenger szárazföldi meghódítói

Mint látható, a legtöbb 3D-nyomtatású házat a trópusi-szubtrópusi éghajlaton hozták létre, ahol hőszigetelésre nincs szükség. Ezért kell odafigyelni Európa fejlesztéseire, melyek közül a holland „iskola” emelendő ki, különösen is a vizionárius Hans Vermeulen és csapata: formatervezők, programozó matematikusok, 3D nyomtatási szakemberek – és feltalálók. Általuk kapott Amszterdam nemzetközi repülőtere korszerűsített járófelületet-padlóburkolatot, és például nyomtattak lenmagolaj főkomponensű fekete mikrorostos anyagból – és némi betonból a padlószilárdsághoz – 8 m²-es miniházat is.

Igazi kirakatprojektük azonban az amszterdami csatorna partjára épülő négyemeletes ház, amely kulisszák nélkül, minden arra járó szeme láttára épül. A szemlélők észrevételein és visszacsatolásán alapuló folyamatos inspirációra nyitott és ösztönzi a helyi értékek és az újító ötletek interakcióit.

Vermeulen hosszútávon egyfajta programszerű fokozatosság inkrementalista felfogását építené be a 3D nyomtatás kiszámított felhasználásába: a fejlesztés éveiben azonnali felhasználói visszajelzésekkel készül javítani a termékek és a technológia minőségén egyaránt.

Concept art – concept architecture

Ambíciója nem kisebb, mint forradalmasítani az építészetet egy szerte a földgolyón minél többek kezébe adható (demokratizált) és egyéni igényekre szabott technológiával, azt folyamatosan újragondolni és tökéletesíteni, egyúttal az új módszer visszahatását prognosztizálva a felhasználói igényekre: azok átalakulását eredményezve. Mindehhez egy ökológiailag fenntarthatóbb építészet, a belőle következő felelősebb város és tárgyi környezet kapcsolódik, amellyel a globális klímaegyezmény vállalásai is könnyebben elérhetők.

Nyomtatóik töltete növényi olajat tartalmazó bioműanyag, kiegészítve biobeton. Emellett a zéró hulladék/felesleg irányába „áramvonalasítanak”: épületek bontási maradványai, romjait és sittjét maximálisan újrahasznosítva (a mai alapanyagok 70 %-os szeméttelepi sorsához képest). Ezáltal rövidebb élettartamú produktumok felé mozdul el a gondolkodás, a fluidabb és mobilabb emberi életformákhoz való adaptációs képességet állítva vezető szempontként.

Hasonló megfontolásból – koronavírus alatti kivonulási stratégiához – magára hagyása és enyészetnek átadása után biológiailag lebomlani képes házat pl. Olaszországban nyomtattak: tartófalait helyi talaj és szalmaapríték keverékéből, valamint gipszanyagként és üregkitöltő szigetelésként is használt selejtezett rizshéjból.

Okleveles éltanulók

Egy minden komforttal ellátott XXI. századi kétemeletes ház először Belgiumban tudott már egyben, tehát egyetlen épülettestként létrejönni. Mérföldkőként mégis Beckum 3D-nyomtatással készült lakóháza említendő a tavalyi év végéről, amely – a világon az egyik legszigorúbb – németországi központi építési szabályzatnak megfelelve lett hatóságilag engedélyezve.

Két szinten, emeletenként 80 m²-es lakóterülettel a legnagyobb ilyen lett Európában. A házba eleve minden szükséges csőrendszeri futás és vezetékhely bele lett tervezve, ezért a szakipari munkák töredékére volt szükség az üzembe helyezéshez.

A hozzávaló hatalmas nyomtatószerkezet az építési helyszínen 48 óra alatt fel- és beállítható volt és csak 2 fős személyzetet – operátorokat – kívánt, hogy tartani tudja másodpercenként 1 méternyi nyomtatási sebességét. Az építőcég azóta egy háromemeletes és 380 m²-ével ötfelé osztott, többcsaládos apartmanház építésébe fogott Ulm mellett. Egy szintén engedélyes ház koptatott szikla alakú, 94 m²-es bérleményébe viszont állítólag Hollandiában költöztek be először: idén tavasszal, méghozzá egy nyugdíjas pár.

Hozadékok, kritikai tanulságok

Összességében mindmáig néhány kézen megszámolható bezzegprojektek fémjelzik az „iparág” terjeszkedését. A konjunktúrát megélő érintettek mindig a lelkesedés hangján szólalnak meg, és sorolják – területtől függően – a 60–90 %-os megtakarításokat építőanyagban, építési hulladékban, munkában, időben és költségvetésben.

Ezek közül a nyomtatási idők kvázi tiszta játékidőt jelölnek, mintha mindig megállítanák az órát, amikor a közbeeső beállítási és egyéb dologi teendők jönnek. Hasonlóképp a beköltözésig, használatba vételig eltelő időről sem igen szól a fáma, pedig számos elindult projekt már be kellett fejeződjön, mégsem találni az átadásukról szóló híradásokat. Annyi mégis bizonyos, hogy a hagyományos házszerű alakzatok építési sebességét jelentősen meg tudja növelni, az új, kerekedő sziluettek legyártására pedig szinte monopolhelyzetet élvez.

A kivitelezés formázó sablonok, fa- és fémzsaluzat nélkül állványai és támasztékai, és főleg anyagfölösleg keletkezése nélkül kétségkívül olcsóbb folyamat. Ráadásul ártartó is, amennyiben időközben nincs kitéve a választott pl. fa építőanyagok megdrágulásának.

A felszabaduló összegek ugyanakkor egyelőre jórészt vissza lesznek forgatva a technológia fejlesztésébe, tehát radikálisan nem kerülhet kevesebbe a megrendelők oldalán. Számos országban lehet azonban fokozódó képzett munkaerő-hiányra számítani az építőiparban, amire felértékelődő gyógyírt jelenthet a 3D printerek technológiája.

Bérelt hely a horizonton továbbra is

Minthogy a jelen megszokott viszonyait és adottságait átfogóan felforgató és mindent saját képére szabó eljárásról beszélhetünk, ezért a tervezőtől a beruházón át a szakipari együttműködőkig rutin- és szemléletváltást kíván. A konvencióktól meredeken elágazó tanulási görbe megmászása, ezáltal a status quo intézményes közegellenállása és védharcai tekinthetők a leginkább fékező körülménynek, mellyel szemben valószínűsíthetően még hosszú edukációs szakasz kell következzen.

Jelzésértékű ugyanakkor, hogy a mindig fejlődési barométernek számító űrkutatás régóta barátja a technológiának. A Nemzetközi Űrállomásnak már 2014 óta van saját 3D-nyomtatója, 2018 óta egy műanyag részeket újrafelhasználható nyersanyaggá alakító berendezése és néhány éven belül terveznek egy önállóan keringő, összetett rendszereket is gyártani képes platformot fellőni az űrbe.

Ez egyben a szállítási út megtakarításának (és az azon fenyegető haváriaesemények megelőzésének) is iskolapéldája. Emellett leendő holdbázisok megépítését szintén emberi jelenlét nélkül, 3D nyomtatóval gondolják legcélszerűbbnek.