Abstrakt:
Výzkum a vývoj se zaměřuje na pokročilé strategie 3D tisku pro velkoformátovou aditivní výrobu (LFAM), včetně vývoje specializovaného tiskového vybavení, jako jsou vícekomponentní extrudery, vysokoprůtokové filamentové hlavy a peletové extrudery. Důraz je kladen také na řídicí systémy a optimalizaci procesních parametrů pro zvýšení přesnosti, efektivity a udržitelnosti velkoformátového 3D tisku, včetně recyklace plastových odpadů.

Cíle výzkumu:

• Zkoumat pokročilé strategie velkoformátového 3D tisku a procesní parametry pro zvýšení produktivity a tisknutelnosti a přesnosti.

• Vyvinout velkoformátové zařízení pro 3D tisk (až do TRL5) pro různé materiály a vývoj materiálových směsí.

• Vyvinout řídicí systémy pro robotickou aditivní výrobu a návrh tisknutelných geometrií.

Specifikace výzkumu:
Výzkumná skupina se zaměřuje na inovativní strategie a technologický rozvoj v oblasti velkoformátového 3D tisku. Cílem je optimalizace procesů a parametrů 3D tisku pro výrazné zvýšení produktivity a tisknutelnosti. Součástí je vývoj kustomizovaného vybavení pro 3D tisk, jako jsou extrudery, které dokáží pracovat s širokou škálou materiálů a složitými směsmi, s cílem dosáhnout technologické připravenosti na úrovni TRL5.

Klíčovou oblastí je vývoj pokročilých strategií pro 3D tisk v neplanárních, multiplanárních, segmentovaných a prostorových geometriích, které překračují tradiční vrstvené techniky a umožňují složitější a efektivnější struktury. Současně jsou vyvíjeny také vícekomponentní extrudery určené pro 3D tisk betonových konstrukcí (3DCP), které umožňují přesné nanášení více-komponentních materiálů ve velkoformátových stavbách, a vysokoprůtokové filamentové hlavy, které zvyšují rychlost a efektivitu tisku.

K úspěchům patří vzdálený provoz robotického 3D tisku na EXPO 2020 v Dubaji, první parkourové hřiště na světě vytvořené pomocí 3D tisku betonu, první architektonická struktura ve Španělsku 3D tištěná na místě z lokální zeminy a přínos v oblasti víceosých aditivních strategií, publikovaný v impaktovaných článcích a odborných periodikách.

Významnou roli ve výzkumu hraje udržitelnost. Vývoj velkoformátového peletového extruderu pro zpracování odpadních termoplastů podporuje zásadně recyklaci plastového odpadu na funkční 3D tištěné objekty. Kombinace těchto pokročilých technologií posouvá možnosti velkoformátového 3D tisku k vyšší efektivitě, všestrannosti a ekologické udržitelnosti, což otevírá nové možnosti pro průmyslové aplikace.

Publikace:
KRČMA, Martin; PALOUŠEK, David; ŠKAROUPKA, David; BRAUMANN, Johannes a KOUTNÝ, Daniel. Method of Multiaxis Three-Dimensional Printing with Intralayer Height Variation for Stairstep Effect Compensation. Online. 3D Printing and Additive Manufacturing. 2023, roč. 10, č. 6, s. 1178-1189. ISSN 2329-7662. https://doi.org/10.1089/3dp.2022.0097

KRČMA, M.; ŠKAROUPKA, D.; VOSYNEK, P.; ZIKMUND, T.; KAISER, J.; PALOUŠEK, D. Use of polymer concrete for large-scale 3D printing. RAPID PROTOTYPING JOURNAL, 2021, no. 27, p. 465-474. ISSN: 1758-7670. https://doi.org/10.1108/RPJ-12-2019-0316

VESPALEC, A.; PODROUŽEK, J.; BOŠTÍK, J.; MIČA, L.; KOUTNÝ, D. Experimental study on time dependent behaviour of coarse aggregate concrete mixture for 3D construction printing. Construction and building materials, 2023, vol. 376, no. 5, p. 1-12. ISSN: 0950-0618. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130999

Partneři a spolupráce:
Kunstuniversität Linz, Hauptplatz 6, A-4020 Linec, Rakousko.

Association for Robots in Architecture, Kravoglstrasse 7/2, A-5020 Salzburg, Rakousko.

The Institute for Advanced Architecture of Catalonia, C/Pujades 102, 08005 Barcelona, Španělsko.

Profibaustoffe CZ, spol. s r.o., Vídeňská 140/113c, 619 00 Brno, Dolní Heršpice, Česká republika.

VIA ALTA a.s., Nádražní 377, 675 21 Okříšky, Česká republika.

Projekty:
Robotická buňka pro hybridní výrobu v Průmyslu 4.0, Technologická agentura ČR – 9. veřejná soutěž – Program průmyslového výzkumu a experimentálního vývoje TREND, FW09020130, 2023-2027.

Multikomponentní směs a aplikační technologie pro 3D tisk ve stavebnictví, Technologická agentura ČR – 6. veřejná soutěž – Program průmyslového výzkumu a experimentálního vývoje TREND, FW06010034, 2023-2025.

Vývoj procesních parametrů aditivní výroby vysoce plněných odpadních termoplastů, Technologická agentura ČR – Program na podporu aplikovaného výzkumu ZÉTA, TJ01000354, 2018-2019.

Vývoj cementových kompozitů a procesních parametrů pro 3D tisk prvků splňujících požadavky dopravních staveb, Technologická agentura ČR – 3. veřejná soutěž programu Doprava 2020+, CK03000240, 2022-2025.

Výzkum a vývoj 3D tiskárny pro použití ve stavebnictví, Technologická agentura ČR – Program na podporu aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje EPSILON, TH03010172, 2018-2021.

Kontaktní osoba:
Ing. David Škaroupka, Ph.D.